Analisa Perambatan Gelombnag Surja Berjalan Pada Belitan Trafo Distribusi

  

Analisa Perambatan Gelombnag Surja Berjalan

Pada Belitan Trafo Distribusi

  jenis sambarannya dapat dibedakan menjadi dua, yaitu sambaran petir langsung dan sambaran petir tidak langsung atau induksi. Sambaran petir langsung dapat terjadi apabila petir menyambar langsung pada kawat penghantar. Gangguan ini merupakan gangguan yang paling berbahaya jika terjadi pada sistem, tetapi gangguan ini jarang terjadi pada saluran distribusi salah satunya disebabkan oleh rendahnya ketinggian kawat penghantar saluran terhadap tanah. Akibat sambaran tersebut maka akan timbul tegangan lebih dan gelombang berjalan yang merambat pada kawat penghantar. Tegangan lebih dan gelombang berjalan dapat membahayakan serta merusak peralatan pada sistem distrbusi. Salah satunya trafo distribusi 20 kV / 380V-220V. Akan dianalisis bagaimana respon belitan trafo terhadap gelombang surja berjalan.

  G Jurnal EECCIS Vol. IV, No. 2, Desember 2010

  Gangguan alam seperti sambaran petir merupakan bahaya yang tak dapat dihindari oleh trafo distribusi.

  II. TINJAUAN PUSTAKA Pada kondisi normal, model transien atau rangkaian ekivalen dari belitan trafo merupakan komponen RL seri. Sedang pada kondisi belitan yang sedang dialiri gelombang surja maka frekuensi tinggi gelombang surja membuat komponen kapasitansi ikut berperan dari belitan trafo.

  Dari hasil penelitian dapat digunakan sebagai acuan dalam menentukan kemampuan trafo distribusi terhadap tegangan abnormal dan pemilihan proteksi surja.

  1.2/50 µs , dengan dasar tegangan BIL untuk isolasi pada saluran distribusi yaitu 125 kV. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk memperoleh model analisis transien dari trafo distribusi dan tanggapannya ketika belitan dirambati oleh gelombang surja berjalan.

  ƒ Bagaimanakah model transien dan tanggapan belitan trafo yang dialiri gelombang surja petir. ƒ Dimanakah letak titik kritis pada belitan trafo ketika dialiri gelombang surja petir Dalam penelitian dibatasi: ƒ Menggunakan trafo distribusi 3 fasa , 20 kV, 160 kVA, dengan frekuensi kerja 50 Hz . ƒ Menggunakan gelombang tegangan surja jenis

  ANGGUAN petir pada saluran distribusi berdasarkan

  Hery Purnomo dan Mahfudz Shidiq

  I. PENDAHULUAN

  Mahfudz Shidiq adalah dosen Teknik Elektro Universitas Brawijaya Malang Indonesia.

  Hery Purnomo adalah dosen Teknik Elektro Universitas Brawijaya Malang Indonesia (korespondensi dapat dilakukan melalui; email

  Kata Kunci—surja berjalan, belitan trafo distribusi.

  Index Terms—About four key words or phrases in alphabetical order, separated by commas. Abstrak–-Sambaran petir pada kawat saluran menimbulkan tegangan lebih dan gelombang surja yang merambat hingga mencapai dan mengalir dalam belitan trafo distribusi. Tegangan lebih dalam trafo sangat membahayakan isolasi yang digunakan antar belitan maupun antar belitan dengan bagian aktif lainnya. Sedangkan gelombang surja dengan frekuensi dominan membuat belitan memberikan respon yang berbeda dengan ketika kondisi normal (f =50 Hz). Analisis terhadap gelombang surja dalam belitan trafo bertujuan untuk mendapatkan model transien dari belitan trafo dan mengetahui respon belitan terhadap perambatan gelombang surja, serta untuk mengetahui titik kritis pada belitan yang ditimbulkan oleh tegangan lebih gelombang surja berjalan. Hasil analisis menunjukkan bahwa model transien secara pendekatan dalam susunan kapasitansi paralel dan kapasitansi seri yang sama setiap bagian, kemudian dinyatakan dalam impedansi surja belitan trafo yang juga sama untuk setiap bagian dari model trasien belitan, sehingga tidak menyebabkan respon pada perambatan gelombang surja dalam belitan. Tetapi berpengaruh pada pangkal dan ujung belitan untuk hubungan bintang terasa tegangan lebih yang secara berturut-turut mencapai nilai 83,40 % (104 kV) yang terjadi pada saat t = 58 µs dan 84 % (105 kV) yang terjadi pada saat t = 67µs. Hal yang sama terjadi pada belitan hubungan delta pada ujung dan pangkal belitan terasa tegangan lebih hingga masing-masing titik mencapai nilai 102,10 % (127,60 kV) yang terjadi pada saat t = 95,72 µs, titik ini merasakan nilai yang lebih tinggi dari titik yang lain dalam belitan trafo karena adanya pantulan dan penerusan gelombang surja berjalan.

  Abstract—These instructions give you guidelines for preparing papers for EECCIS Journal. This document based on IEEE Transaction and Journal.. Use this document as a template if you are using Microsoft Word 6.0 or later. Otherwise, use this document as an instruction set. The electronic file of your paper will be formatted further at EECCIS. Define all symbols used in the abstract. Do not cite references in the abstract. Do not delete the blank line immediately above the abstract; it sets the footnote at the bottom of this column.

A. Gelombang Surja Petir

  Sambaran petir yang terjadi pada saluran distribusi akan baik kapasitansi antar belitan dengan belitan yang lain menyebabkan tegangan lebih serta gelombang surja dalam suatu kumparan ataupun kapasitansi antar berjalan pada kawat penghantar saluran, yang kumparan dengan tanah. membahayakan isolasi serta trafo itu sendiri. Gelombang surja petir adalah gelombang surja bentuk eksponensial ganda berdasarkan standar IEC yang merupakan model gelombang tegangan lebih tipe 1,2/50 μs.

  Φ R

  Gelombang bentuk eksponensial ganda seperti

  Φ Y Φ B

  diperlihatkan Gambar 2.1. _{100 70 80 90 % e ( ) 40 50 60 30 20 10} Gambar 2.2 Transformator Tiga Fasa Tipe Inti.

  5 ^{10 15 20 25} _{t (m ikro-s)} ^{30 35 40 45 50 55 60} Gambar 2.1. Bentuk Gelombang Eksponensial Ganda

  Bentuk gelombang eksponensial ganda dengan Gambar 2.3 Model Transient Trafo. persamaan gelombang berjalan dinyatakan berikut:

  t / t t / t − a − b v t = A .

  V 1 − e . e (2-1) ( ) ( ) v p

  Dimana : A = 1,037

  V = amplitudo atau puncak gelombang p

  tegangan surja (%) Gambar 2.4 Belitan dalam Bentuk Lapisan.

  t = 0.04074 1 μs t = 68.22

  2

  μs

B. Impedansi Surja Petir

  Gelombang surja petir yang merambat pada kawat penghantar akan melewati impedansi kawat penghantar yang dialirinya, yang disebut juga impedansi surja. yang diperlihatkan oleh persamaan :

  L Z = Ω (2-2) C Gambar 2.5 Penyederhanaan Model Transien Belitan.

  Dimana pada saluran udara jaringan distribusi, L dan C adalah induktansi dan kapasitansi saluran

  Penyederhanaan model pada Gambar 2.5 dilakukan

  2 h dengan menggabungkan C tiap-tiap belitan dalam satu ⎛ ⎞ Z = 60 ln Ω (2-3)

  ⎜ ⎟

  lapisan, kapasitansi kumparan dengan tanah digabung

  r ⎝ ⎠ menjadi satu pada setiap ujung-ujung bagian kumparan.

2.1 Struktur Belitan Trafo Distribusi 3 Fasa.

  Trafo distribusi 3 fasa yang digunakan dilapangan didesain untuk bekerja dalam keadaan normal dan sesuai dengan ketetapan yang diberlakukan dilapangan, dalam kondisi ini hanya komponen R dan L belitan yang dominan dalam kerja trafo ditribusi.

Gambar 2.6. Model Transien dari Belitan Trafo.

  Pada Gambar 2.2 terlihat bahwa inti trafo terdiri dari tiga kaki dan dua pikulan. Kumparan TT dan TR pada

Gambar 2.6. terlihat bahwa model transien belitan satu fasa digulung pada satu kaki. Ditunjukkan juga

  trafo mirip dengan model transient dari saluran pada gambar 2.3, model transien trafo yang paling transmisi sama, perbedaan hanya terletak pada sederhana yang hanya memperlihatkan unsur dari kawat penambahan kapasitansi seri pada model. belitan yaitu R dan L seri.

  Tegangan dan frekuensi tinggi ini membuat unsur kapasitansi dari sebuah belitan sangat diperhitungkan

  III. METODE PENELITIAN t = 68.22

  2 μs

  Persamaan gelombang impuls dapat dinyatakan :

A. Pengambilan Data Penelitian

  at bt − −

  kV (4-2)

  v t = A V e − e ( ) V p

  ( )

  Pengambilan data dengan langkah sebagai berikut: Dimana :

  ƒ Pencarian data R, L, dan C dari trafo

  1

  1

• 1

  6 distribusi 20 kV.

  s

  a . 0147

  10 = = = × −

  6 ƒ Pembuatan model analisis transien trafo. t 68 . 22 ×

  10

  2 B. Tempat Pengambilan Data

  1

  1 = + b t t

  Data awal berupa data spesifikasi trafo dan data-data ^{1 2} lainnya seperti data kumparan serta data pengujian

  1

  1 ^{6 1} −

  = = + 24 . 561 × 10 s − ^{6 − 6}

  elektrik diambil pada PT. PLN Unit Pendidikan dan

  . 04074 ×

  10 68 . 22 ×

  10 Latihan (UDIKLAT) Pandaan, Kab. Pasuruan, Jawa

  Dengan menggunakan integral fourier, spektrum Timur. frekuensi gelombang impuls eksponensial ganda dapat ditentukan yaitu :

   Evaluasi Data C.

  ~

  Data yang telah diperoleh tak dapat digunakan secara j ω t

  − V ( ) ω = v ( ) t e dt

  langsung untuk mendapatkan variabel-variabel yang

  ∫ ~ −

  dibutuhkan dalam pembuatan dan analisis model (4-3)

  ~

  transien trafo. Sehingga data yang telah diperoleh akan

  at bt j ω t − − −

  = A V e − e e dt V p ( )

  diolah lebih lanjut dengan perhitungan-perhitungan

  ∫ ~ −

  pendekatan.

  Karena interval gelombang impuls eksponensial D. Penentuan komponen model analisis transien trafo. ganda dari 0 hingga ~, maka integral menjadi :

  ~

  Komponen model analisis trafo terdiri dari _{at bt j ω t}

  − − −

  V A V e e e dt ( ) ω = − _{V p}

  ( )

  komponen tahanan (R), induktansi (L), kapasitansi

  ∫

  antara belitan dengan belitan (C ), dan kapasitansi

  s ~

  belitan dengan tanah (C ) dari belitan trafo distribusi. ⎡ ⎤

  g

  1 a j t 1 b j t

  − ( ω ) + − ( ω ) +

  = A _{v p} V e − e ⎢ ⎥

  a j b j

  − ( ω ) − ( ω ) + + Pembuatan model analisis transien trafo.

  E.

  ⎣ ⎦ Model analisis transien trafo dibuat dengan

  ⎡

  1 1 ⎤ V ( ) ω = A V − v p

  memasukkan nilai dari komponen-komponen model

  ⎢ ⎥ − ( a j ) − ( + b j ) + ω ω ⎣ ⎦

  seperti R, L, C dan C yang terlebih dahulu telah

  s g

  (4-4) dinyatakan kedalam per satuan panjang kawat.

  ⎡ b − a ⎤ = A

  V

  ⎢ a j b j

  ⎥

• p
• v

  ( ω )( ω ) ⎣ ⎦

  IV. ANALISIS PERAMBATAN GELOMBANG PADA BELITAN TRAFO DISTRIBUSI Besar dari tegangan fungsi frekuensi adalah :

  Komponen gelombang frekuensi tinggi yang b − a (4-5)

  V ω = A

  V ( ) v p

  merambat pada belitan trafo akan menyebabkan

  2

  2

  2 a ω ω + b

• 2

  ( )( )

  reaktansi induktif pada L cenderung bernilai sangat

  6 -1

  Dengan memasukkan nilai a = 0.0147 × 10 s dan b besar, sedang reaktansi kapasitif pada C cenderung

  6 -1

  = 24.561 × 10 s , maka : semakin kecil. Pada kondisi frekuensi yang sangat _{6 6} tinggi nilai reaktansi induktif belitan trafo akan

  24 . 561 × 10 − . 0147 ×

  10 ( ) ( )

  = V ( ) ω A _{v p}

  V

  mendekati tak berhingga, menyebabkan rangkaian _{6 2 2 6 2 2}

  . 0147 ×

  10 ( ) ω ( ) ω

  ( ) ( ) terbuka pada L dan arus tidak dapat mengalir pada L.

  10 + + 24 . 561 ×

  Sebaliknya pada frekuensi yang sangat tinggi nilai reaktansi kapasitif pada belitan mendekati nol atau _{0.0008 0.0009} menyebabkan rangkaian hubung singkat pada C. _0.0007

   Frekuensi Gelombang Surja Petir 0.0006 A. _{) w 0.0005}

  Gelombang tegangan surja petir merupakan _{V( 0.0004} gelombang impuls eksponensial ganda. Bentuk _{0.0002 0.0003} gelombang menurut standar internasional IEC adalah _0.0001 tipe 1.2/50 µs dengan persamaan:

  − t / t − t / t _{1 2}

  kV (4-1) 200000 400000 600000 800000 1000000

  v t = A

  V 1 − e e ( ) V p ( ) _{f (Hz)}

  Dimana : A = 1.037

  V Gambar 4.1. Grafik Spektrum Frekuensi dari Tegangan Fungsi

  E = amplitudo atau puncak gelombang tegangan

  m Frekuensi.

  surja (%) t = 0.04074

  1 μs Jurnal EECCIS Vol. IV, No. 2, Desember 2010

  Dari Gambar 4.1 dapat diamati bahwa spektrum dari

  C. Tahanan Belitan Trafo

  gelombang surja impuls eksponensial ganda adalah Tahanan belitan trafo (R) pada tiap fasa dapat kontinu dan mengandung semua frekuensi. Apabila ditentukan dalam persamaan : waktu untuk mencapai puncak adalah

  Δt, maka

  P / fasa cu

  frekuensi dominan dari gelombang impuls eksponensial (4-7)

  R =

  2 I / fasa

  ganda tipe 1.2/50 µs didekati dengan persamaan :

  cc

  Maka tahanan pada belitan trafo tiap fasa disisi

1 Hz (4-6)

  f =

  primer adalah :

  Δ t 437 .

  3 Perhitungan nilai

  Δt dalam standar IEC diperlihatkan

  R = = 39 . 365 Ω

  2 pada Gambar 4.2.

  3 . 333

  Nilai tahanan dari kawat belitan pada tiap fasa

  v (t )

  dinyatakan dalam per satuan panjang kawat (a), dengan

  V _p

  panjang total kawat belitan yang didapatkan dari .

  9 V _p

  perhitungan dimensi kumparan TT trafo adalah :

  R 39 . 365

  3 − . 258

  10 = = × Ω/cm a 152 , 819 .

  29

  3 V _p

• 3 .

  Tahanan kawat belitan adalah 0.258 × 10 Ω/cm.

  D. Induktansi Belitan Trafo Δ t

  Induktansi (L) belitan trafo ditentukan dari data 1 .

  2 μ s

  dimensi kumparan TT trafo, hubungan parameter Gambar 4.2. Kurva Gelombang Berjalan Standar IEC tipe 1.2/50 µs. tersebut dengan induktansi belitan kumparan TT trafo ditunjukkan oleh persamaan :

  Dalam gelombang impuls 1.2/50 µs, nilai Δt

  w bd 2 −

  9

  mendekati 0.8 µs. dengan menggunakan nilai ini H (4-8)

  L = 4 πμ N (. 10 )

  b d A cp

• frekuensi dominannya adalah :

  1

  1

6 Induktansi L pada persamaan ini merupakan

  Hz

  f = = = 1 . 25 ×

  10 −

  6

  8 ×

  10

  induktansi pada setiap lapisan dari kumparan TT trafo, Δ t .

  sehingga jika diketahui pada lapisan pertama kumparan

   Tahanan, Induktansi, dan Kapasitansi Belitan Trafo B.

  TT trafo N dan d adalah 152 belitan dan 0.08 cm sedang Data spesifikasi trafo distribusi 3 fasa. nilai w, b dan secara berturut-turut adalah 38.394

  ℓ cp ƒ Daya nominal:160 kVA, cm, 2.52 cm, dan 38.21 cm. Maka induktansi pada ƒ Tegangan :20 kV/ 400-231 V lapisan ini adalah : ƒ Hubungan

  Δ/Y

  38 . 394 2 . 52 .

  08

• 2 ×

  9 L = 4 × π × 1 × × 152 × = 22620.4326 ×

  10

  ƒ Arus : 4,60 A / 231-299 A,

  52 .

• 38.21 2 .

  08

  ƒ Rugi tembaga: 2360 Watt, Dengan cara yang sama dapat menentukan nilai

  ƒ Rugi besi: 460 Watt induktansi untuk lapisan-lapisan lainnya. Spesifikasi trafo diatas ditunjang dengan data-data seperti data tentang kumparan dan data tentang

  T ABEL 4.2.

  pengujian belitan trafo secara elektrik seperti pengujian

  N

  ILAI

  I NDUKTANSI PADA S ETIAP L APISAN

  hubung singkat dan pengujian tanpa beban. Data Lapisan 1 22620.4326 x Lapisan 7 25119.5311 x _{-9 -9}

  10 H

  10 H

  tersebut diperlihatkan Tabel 4.1

  Lapisan 2 23047.7818 x Lapisan 8 25525.4667 x _{-9 -9}

  10 H

  10 H T ABLE 4.1. Lapisan 3 23469.6304 x Lapisan 9 25929.5394 x _{-9 -9} D ATA K UMPARAN T RAFO .

  10 H

  10 H Lapisan 4 23887.0197 x Lapisan 26332.0050 x

• _{-9 -9}

  10 H

  10

  10 H No Data Kumparan Primer Sekunder Lapisan 5 24300.7441 x Lapisan 26733.0746 x _{-9 -9}

  10 H

  11

  10 H Rugi tembaga 1 437.3 349.3 Lapisan 6 24711.4194 x Lapisan 27132.9237 x per fasa (Watt)

• _{-9 -9}

  10 H

  12

  10 H Tebal isolasi (4x0.04) + 2 2 x 0.04 antar lapis (1x0.03)

  Panjang

  Dimana pada masing-masing gulungan dibuat dalam

  4 149940 1865.71 konduktor (cm)

  12 lapis. Untuk memperjelas susunan belitan pada

  Ukuran 0.115 5 0.3x(2x1.0) konduktor (cm) (diameter)

  kumparan TT trafo distribusi ini, susunan belitan dapat

  Isolasi 6 PVF 0.0037 Kertas 0.03 dilihat pada gambar 4.3. konduktor

  Dari gambar susunan tersebut, maka diperoleh L total

  Jumlah belitan 7 152 20 tiap lapis

  pada kumparan TT adalah :

8 Jumlah lapis

  12

  2

  ƒ L total = 2 (L + L + L + … +L )

  1

  2

  3

  12

  ƒ L total = 2 × 0.00029881 = 0.000597619 H Nilai induktansi per satuan panjang kawat adalah ƒ L/a = (5.976 ×10-4)/152819 = 3.91 ×10-9 H/cm Jadi nilai induktansi kawat belitan ynag dinyatakan dalam H/cm adalah 3.91 × 10

1 C gulungan gulungan C C

  2 (

  X X g g g Cg Cg Cg

  X gulungan

  gulungan

  1

  1 ) 1 (

• 9 H/cm.
• =
• =
• 8
• 7

  ) dan kapasitansi parallel (C

  = 1.52 ×10

  0.0232 , 819 26 . 152 10 52 . 1 .

  F/cm

  − a C g

  1 × = × =

  10 52 .

  7 10 0.994 , 819 26 . 152

  12 -

  juga dinyatakan dalam per satuan panjang kawat belitan a, sehingga didapat :

  g

  dan C

  s

  F Seperti kedua nilai komponen model diatas, nilai kapasitansi C

  = 2 × 7.599 × 10

  Kapasitansi belitan pada kumparan trafo (C) terdiri dari kapasitansi seri (C

  g

  × = C

  g g

  2 C

  total kumparan TT trafo adalah : C 1 gulungan

  g

  pada gulungan kedua maka C

  g

  pada gulungan pertama sama dengan C

  g

  Jika C

Gambar 4.3. Bentuk Susunan Belitan Sisi TT E.

  7 = × × =

  − C a s

  F-cm Jadi nilai kapasitansi kawat belitan yang dinyatakan secara berturut-turut F/cm dan F-cm adalah 0.994 × 10

• 12

  F/cm dan 0.032 F-cm.
• 7

  F cm a C F cm a C

  Jurnal EECCIS Vol. IV, No. 2, Desember 2010

  komponen-komponen model sebesar :

  3 Maka pada setiap bagian tersebut memiliki

  9

  12

  3 / . 10 258

  10 91 .

  / . 10 994 /

  − − − . 0232 .

  − = × = × = Ω × =

  H cm a L cm a R s g

  30,563.8 cm, dan komponen-komponen persatuan panjang adalah :

  F.

  cm Jika setiap bagian dari model mempunyai panjang

  5 , 819 26 . 152 = = Δx

  30

  , 563 8 .

  Dari Gambar 4.4. Dimana Δx atau dx merupakan panjang pada tiap bagian model, yaitu :

Gambar 4.4. Tegangan Surja dan Komponen Belitan Trafo

  Δ x

  C _sn Δ

  C gn Δ x a

  Δ a x

  x a C _sn

  Setelah mendapatkan nilai dari masing-masing komponen model transient (R, L dan C), nilai-nilai tersebut dapat dimasukkan kedalam model transient.

   Model Transient Belitan Trafo Distribusi

   Kapasitansi Belitan Trafo

  s

  g ).

• π ε =
• ×
• =

  10

  g

  F Nilai C

  C

  = π ^g

  × × × × ×

  × = ×

  −

  3

  38 5 .

  38 94 .

  4 321 .

  3

  52 .

  2

  T ABEL 4.3. N

  2 08 .

  pada lapisan pertama adalah : _{9 10} 10 5.8552 08 . 52 .

  g

  (4-9) Sehingga nilai kapasitansi C

  2 g

  9

  4 wh C

  F 10 . bd d b v

  F Sedang nilai kapasitansi antar belitan dengan tanah pada setiap lapisan dapat diperoleh dari persamaan :

  = 1.51973 × 10

  s

  C

  untuk lapisan-lapisan yang lain nilainya dapat dilihat pada tabel 4.3.

  ILAI K APASITANSI PADA S ETIAP L APISAN Lapisan 1 5.8552 x 10

• ^-9 F Lapisan 7 6.3726 x 10 ^-9 F Lapisan 2 5.9385 x 10 ^-9

  ) ) 2 ( 1 ( )

  F Lapisan 8 6.4616 x 10

• ^-9 F Lapisan 3 6.0233 x 10 ^-9

  total untuk belitan kumparan TT trafo adalah :

  g

  X X

  X X

  C C C C C C C C

  1 g g g g ^{g g g g Cg Cg Cg Cg}

  1

  1

  1 ...

  1

  1

  1 /

  1

  1 /

  1

  1 ... /

  1

  /

  ( ) ( ) ( ) ( ) _{12 2 1} ^{12 2 1 12 2 1} ...

  total dari belitan kumparan TT trafo pada gulungan pertama adalah :

  g

  Jika kapasitansi belitan terhadap tanah tersusun secara parallel pada tiap belitan disetiap lapisan dengan tanah sehingga C

  F Lapisan 12 6.8219 x 10 ^-9 F

  F Lapisan 11 6.7313 x 10

• ^-9 F Lapisan 6 6.2841 x 10 ^-9

  F Lapisan 10 6.6410 x 10

• ^-9 F Lapisan 5 6.1963 x 10 ^-9

  F Lapisan 9 6.5511 x 10

• ^-9 F Lapisan 4 6.1094 x 10 ^-9

  ω ω ω ω maka C

• =
• =
• − = Γ (4-11)

  . 037 1 100

  2

  1

  2

  Persamaan faktor terusan itu adalah :

  t (us) v (t)% Gambar 4.6. Kurva Gelombang Tegangan Pantul.

  Bentuk kurva dari persamaan gelombang tegangan surja pantul terhadap waktu dapat dilihat pada Gambar 4.6.

  − − = − × × − =

  − − − −

  . 04074 68 / / t t t t e e e e t v

  22 . . 04074 68 / / 22 .

  1 77 .

  79 %

  Sesuai persamaan :

  1 85 .

  %

  ( ) ( )

  ( ) ( ) ( )

  ( ) ( )

  Sehingga persamaan gelombang tegangan surja yang dipantulkan adalah :

  − Γ =

  V A t v − −

  V r e e

  1 t t t t p

  1

  ( ) ( ) ^{2 1} / /

  2 Z Z Z n t

  i t i t V n v Z Z

  62

  / /

  % Dimana bentuk dari gelombang tegangan surja terusan yang merupakan persamaan fungsi waktu diperlihatkan oleh gambar 4.7 berikut ini.

  − − − =

  23 t t e e t v

  1 85 .

  . 04074 68 / /

  ( ) ( ) 22 .

  ( ) ( )

  Jika dimasukkan nilai dari parameter-parameter yang ada dalam persamaan tersebut, maka :

  − =

  V A n t v − −

  V t t e e

  1 t t t t p

  ( ) ( ) ^{2 1}

  Z V =

  Dengan nilai faktor terusan tersebut persamaan gelombang yang diteruskan menjadi :

  t n

  2 =

  62

  71 .

  62 491 35 .

  23 . 71 .

  (4-12) Sehingga nilai dari faktor terusan gelombang tersebut adalah :

  2

  2

  1

  2

  Dari nilai ini terlihat bahwa gelombang tegangan yang dipantulkan akan bernilai negatif. Jika persamaan untuk gelombang tegangan surja yang dipantulkan adalah :

  1 − =

  491 35 . 71 .

  × =

  Z

  ⎝ ⎛ = r h

  ⎟ ⎠ ⎞ ⎜

  mm atau 0.472 cm Sehingga impedansi saluran yang memenuhi persamaan :

  4 70 = = π r

  Impedansi surja saluran dapat ditentukan dengan mengetahui data-data sebagai berikut : ƒ Ketinggian kawat dari atas tanah = 850 cm ƒ Jenis kawat = AAAC ƒ Luas penampang kawat = 70 mm2 Dimana jari-jari (r) dari penampang kawat adalah : 72 .

Gambar 4.5. Rangkaian Model Analisis Transien Trafo Distribusi.

  Sehingga rangkaian model analisis secara lengkap dapat dilihat pada Gambar 4.5 berikut ini.

  C _{s s} ^g _g

  C a C pF x a C

  L L pF x

  R R mH x a

  3 ₁ ^{9 1 1 12 1} x a

  30563 8 . . 10 994

  1 30380 42 .

  0232 .

  3 759100 30563 8 .

  10 91 .

  30563 8 .

  7 30563 8 . . 10 258 119 .

  − 88 .

  = = × × = Δ = − −

  Ω = × × = Δ = = × × = Δ = = = Δ

• − = Γ

G. Impedansi Surja Saluran

  Maka : Ω =

  2 ln 60 Ω

  77 . 71 .

  Sehingga jika nilai-nilai impedansi surja dimasukkan ke dalam persamaan tersebut, maka :

  2 Z Z Z Z

  1

  2

  1

  62 491 35 .

• 90
• 80
• 70
• 60
• 50
• 40
• 30
• 20
• 10 50 100 150 200 250 300

  850

60 Z H.

• =
• =

  Jadi nilai impedansi surja setiap kumparan belitan fasa adalah 62.7 Ω.

  491 472 .

  62.7 10 1.51973 9 0.00059761

  Ω = × =

  adalah :

  2

  maka Z

  g

  Ω (4-10) Dengan memasukkan nilai L dan C

  Z =

  g C L

  Sedang impedansi surja trafo dapat ditentukan ditentukan. Yakni :

   Impedansi Surja Trafo

  2 ln

• × =

  7 -

2 Z

I. Faktor Pantul dan Terusan Gelombang

  Ω, gelombang surja akan mengalami pantulan dimana besarnya ditentukan oleh koefisien pantulan yang dapat ditentukan dengan persamaan :

  sebesar 62.7 Ω dari saluran yang memiliki impedansi surja sebesar 491

  2

  Ketika gelombang surja melewati titik terminal trafo dengan impedansi surja trafo Z

  _{% v( t) 20 15}

  25 _{10 5 50 100 150 200} Γ ₁ t(us)

Gambar 4.8. Model Transient Belitan untuk Perambatan Gelombang Surja Berjalan.Gambar 4.7. Kurva Gelombang Tegangan Surja Terusan Terhadap Waktu.

  J. Kecepatan Gelombang Surja dalam Belitan Trafo.

  L

  =

  Z

  Kecepatan gelombang surja pada kawat belitan

  C g

  ditentukan dengan persamaan :

  −

  3 . 119

  10 a

  ×

  71 Ω v =

  cm/s Z = = 62 .

  12 − 30380 . 42 ×

  10 LC g

  152819.291

  2 ₂₅ v

  = = 1603551514

  7

  7 × ×

• 0.00059761

  9 1.51973

  10 ₂₀

  cm/s atau 160 m/ μs _{] 15} Waktu Tempuh Gelombang Surja dalam Belitan )[% K. _{v(t 10} Trafo ₅ Dengan mengetahui kecepatan rambat gelombang surja yaitu 160 m/µs maka waktu yang dibutuhkan gelombang untuk mencapai satu titik ke titik lainnya ^{10 20} _t(us) ^{30 40 50} dapat ditentukan dengan :

  a

  (4-13)

  T = Gambar 4.9. Kurva Gelombang Tegangan Surja pada Titik A. v

  Jika diketahui a = 152,819.29 cm atau 1,528.193 m ₃₀ maka waktu tempuh gelombang surja berjalan dari titik ₂₅ A ke titik F (T) adalah : ₂₀ T = 1,528.1929 = 9 .

  55 μ s _{t)% 15} 160 _{v(x, 10}

  dimana jarak setiap titik dengan titik lainnya adalah Δx ₅

  = 30,563.8 cm atau 305.638 m. Jika waktu yang diperlukan untuk menempuh tiap bagian dari model

• _{-5 50 100 150 200 250 300} transient belitan adalah

  ΔT, maka : _{t=0 t-19.1 t-19.1 t-38.2 t-38.2 t-57.3 t-57.3 t(us)}

  Δ T = 305.638 = 1 . 91 μ s 160

Gambar 4.10. Gelombang Tegangan Surjadi Titik A.

  L. Perambatan Gelombang Surja di Tiap Titik Pada

  Waktu yang tertera pada gambar merupakan saat

  Belitan Trafo

  dimana gelombang terasa pada titik-titik tersebut, baik Gelombang tegangan surja yang mengalir dari ketika tiba maupun ketika dipantulkan. Saat t = 0, titik saluran distribusi dan mencapai titik terminal trafo akan

  A hanya merasakan gelombang tunggal yang diteruskan dipantulkan oleh titik tersebut, akan tetapi ada juga dari saluran udara. Saat t = 19.1 µs gelombang yang yang diteruskan kedalam belitan adalah : dirasakan merupakan gelombang yang datang dari titik

  − t / t − t / t _{1 2} = 1 − %

  F, dan juga gelombang yang dipantulkan oleh titik A itu

  v ( ) t n A V e e ( ) t t V p sendiri.

  − t / ( . 04074 ) − t / ( 68 . 22 )

  %

  v t = 23 .

  85 1 − e e ( ) ( )

  Hal yang sama juga terjadi di titik F, akan tetapi saat t Model transien belitan. diperlihatkan oleh Gambar 4.8. = 9.55 µs gelombang tidak hanya gelombang datang

  Z hingga Z pada Gambar 4.8 merupakan impedansi

  5 1 tetapi juga gelombang yang dipantulkan. Diperlihatkan

  surja pada tiap-tiap bagian model transien yang pada Gambar 4.11 bahwa tumpang tindih gelombang memenuhi persamaan : telah terjadi mulai awal gelombang tiba dititik F.

  Jurnal EECCIS Vol. IV, No. 2, Desember 2010

  Sehingga tegangan total yang terasa pada tiap waktu di titik F lebih tinggi dari pada titik A. diperlihatkan pada Gambar 4.12.

• 5
^{5 10 15 20 25 30 50 100 150 200 250 300} _{t-9.55 t-9.55 t-28.65 t-28.65 t-47.75 t-47.75 t-66.85} Gambar 4.11. Gelombang Tegangan Surja di Titik F.

  10 ^{20 30 40 50 60 70 80 90} _{20 40} ^(t) _{60 80 100 120 140 t(us)} ^{v [% ]} _{v(t) total pada A v(t) total pada F}

Gambar 4.12. Tegangan Surja Total yang Terasa pada Titik A dan Titik F.

  Terlihat pada Gambar 4.16. bahwa walaupun pada titik A terlebih dahulu merasakan gelombang tegangan surja, akan tetapi nilai tegangan surja total yang terasa dititik A masih lebih kecil dari pada tegangan yang terasa dititik F. Tititk F merasakan gelombang tegangan surja mulai saat t = 9.55 µs, tetapi saat itu juga titik F merasakan gelombang tegangan surja yang dipantulkan oleh titik F itu sendiri sehingga yang terasa dua kali lebih besar dari pada yang dirasakan titik A saa t = 0.

  V. KESIMPULAN Beberapa kesimpulan yang diperoleh dari hasil penelitian ini adalah : ƒ Komponen frekuensi tinggi yang dominan dari gelombang tegangan surja tipe 1.2/50 µs adalah

  1.25 MHz yang selanjutnya dijadikan dasar untuk pendekatan model dari belitan trafo distribusi 20 kV. ƒ Kecepatan rambat gelombang surja pada kawat belitan trafo adalah sebesar 160 m/µs, amplitudo gelombang tegangan surja yang diteruskan kedalam belitan trafo sebesar 23% (28.75 kV). ƒ Tekanan terbesar pada isolasi belitan transformator yang titik netralnya tidak ditanahkan ketika dialiri gelombang tegangan surja terjadi pada ujung dan pangkal belitan trafo distribusi.

  DAFTAR PUSTAKA

  [1] Arismunandar, Artono. 2001. Teknik Tegangan Tinggi. Jakarta: Pradnya Paramita. [2] Electric Utility Engineers. Distribution System. East Pittsburgh, Pennsylvania: Westinghouse Electric Corporation. [3] Hutauruk, T.S. 1991. Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja.

  Edisi kedua, Jakarta: Erlangga. [4] Kind, Dieter. 1993. Pengantar Teknik Eksperimental Tegangan Tinggi. Bandung: ITB.

  [5] Pabla, A.S. 1994. Sistem Distribusi Daya Listrik. Jakarta: [6] Erlangga. [7] Paul, Clayton R dan Nasar A. Syed. 1987. Introduction to Electromagnetic Fields. International Edition, Singapore:

  McGraw-Hill Book Company. [8] Rudenberg, Reinhold. 1968. Electrical Shock Waves in Power Systems. Massachusetts: Havard University Press.

  [9] Greenwood, Allan. Electrical Transients In Power System. A Wiley-Interscience Publication : New York [10] Van Valkenburg, M. E. 1994. Analisis Jaringan Lisktrik. Jakarta : Erlangga.