Analisa Koordinasi Surja Arrester Saluran Udara Tegangan Tinggi 150 kV Menggunakan ATP/EMTP Dan Metode Monte Carlo di GIS Tandes
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
1
Analisa Koordinasi Surja Arrester Saluran
Udara Tegangan Tinggi 150 kV Menggunakan
ATP/EMTP Dan Metode Monte Carlo di GIS
Tandes
Ricahya Wiguna Setiawan, IGN Satriyadi Hernanda, ST, MT., Dr. Eng. I Made Yulistya N, ST, M.Sc
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak— Evaluasi surja arrester dengan simulasi pemodelan
sambaran langsung pada kawat fasa SUTT 150 kV Double
Circuit
yang
menimbulkan
efek
kegagalan
perlindungan(shielding failure) menggunakan Matlab 7 metode
monte-carlo didapatkan untuk tiap area 1
pertahun nilai ratarata probabilitas sambaran ke tower adalah sebesar 0,02 dari 100
sambaran per satu kilometer persegi pertahun. Simulasi
menggunakan software ATP/EMTP pada menara transmisi dari
GIS Tandes ke Sawahan yang terdiri dari 11 menara, dengan
amplitudo arus sambaran mencapai 30 kA, dan waktu impulsnya
1,2/50 us. Menunjukkan bahwa sistem yang menggunakan alat
pelindung petir seperti arrester mampu melindungi sistem dari
arus petir sampai 30 kA. Sedangkan sistem yang tidak memakai
perlindungan arrester tidak mampu menahan tegangan lebih
sebesar 920 kV.
Kata Kunci— Shielding failure, Proteksi petir, Tegangan
induksi petir, Saluran transmisi tegangan tinggi .
I. PENDAHULUAN
K
erapatan sambaran petir di Indonesia juga sangat besar
2
yaitu 12/km per tahun, yang berarti pada setiap luas
2
area 1 km berpotensi menerima sambaran petir sebanyak 12
kali setiap tahunnya. Sambaran petir memiliki karakteristik
yang berbeda-beda pada setiap sambarannya, seperti besar
arus dan konstanta waktu. Oleh karena itu perlu dilakukan
studi lebih lanjut untuk mengetahui kemungkinan terjadinya
kegagalan perlindungan terhadap sambaran petir. Sambaran
petir dapat mengakibatkan gangguan seperti kegagalan
isolasi, flashover, back flashover, dan gangguan lainnya.
Sambaran petir langsung terdiri dari dua macam, yaitu
sambaran pada kawat tanah, dan sambaran pada kawat fasa.
Untuk menganalisis fenomena terhadap sambaran langsung
dilakukan analisis melalui simulasi dengan memodelkan
parameter-parameter pada saluran transmisi, diantaranya
model menara, isolator saluran, kawat tanah, kawat fasa, dan
sistem pentanahan disimulasikan dengan menggunakan
perangkat lunak EMTP (Electromagnetic Transients
Program)[1].
Sambaran langsung petir apabila kilat menyambar pada
kawat fasa (untuk saluran tanpa kawat tanah) atau pada
kawat tanah (untuk saluran dengan kawat tanah). Fenomena
dimana terjadi kegagalan perlindungan dikarenakan ketika
petir menyambar kawat tanah atau kawat fasa akan timbul
arus besar dan sepasang gelombang berjalan yang merambat
pada kawat. Arus besar ini dapat membahayakan peralatan
yang berada pada saluran. Besarnya arus atau tegangan
akibat sambaran ini bergantung pada besar arus petir, waktu
muka dan jenis tiang saluran. Oleh karena itu diperlukan
melakukan simulasi tentang kegagalan perlindungan. Pada
penelitian ini menganalisa dan memodelkan gangguan
sambaran petir dan prosentasi kegagalan perlindungannya.
II. TEORI PENUNJANG DAN GANGGUAN PETIR
PADA SALURAN UDARA TEGANGAN MENENGAH.
A. Sistem Tenaga Listrik
Secara sederhana sistem tenaga listrik adalah sekumpulan
pusat listrik dan gardu induk (pusat beban) yang satu dengan
yang lain dihubungkan oleh jaringan transmisi dan distribusi
sehingga merupakan sebuah satu kesatuan yang
terinterkoneksi. Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga
bagian utama, yaitu pusat pembangkit listrik, saluran
transmisi, dan sistem distribusi. Pada Sistem Tenaga listrik di
Indonesia, Tenaga listrik yang di hasilkan dari pembangkit
dinaikan melalui transformator step up untuk di transmisikan.
Sistem transmisi di Indonesia menggunakan sistem transmisi
150kV atau yang biasa di sebut Saluran Udara Tegangan
Tinggi (SUTT), dan 500kV atau yang biasa disebut Saluran
Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET)[2].
B. Petir
Petir terjadi akibat perpindahan muatan negatif (elektron)
menuju ke muatan positif (proton). Para ilmuwan menduga
lompatan bunga api listriknya sendiri terjadi, ada beberapa
tahapan yang biasanya dilalui. Pertama adalah pemampatan
muatan listrik pada awan bersangkutan. Umumnya, akan
menumpuk di bagian paling atas awan adalah listrik muatan
negatif di bagian tengah adalah listrik bermuatan positif;
sementara di bagian dasar adalah muatan negatif yang berbaur
dengan muatan positif. Pada bagian bawah inilah petir biasa
berlontaran. Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran
cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya. Pada musim
hujan petir perlu diwaspadai, petir biasanya muncul pada saat
akan hujan atau ketika hujan sudah turun[3].
III. PEMODELAN SUTT DOUBLE CIRCUIT DAN
PERMODELAN MONTE-CARLO
A. Model Transmisi Udara 150 kV
Saluran transmisi 150 kV GI Tandes dengan jurusan
Tandes-Sawahan yang memiliki 11 menara transmisi,
dengan panjang saluran sekitar 3,2Km. Dan untuk
memodelkan kondisi sebenarnya dari SUTT digunakan datadata transmisi dan hasil pengukuran tahanan pentanahan
menara SUTT 150 kV line Tandes-Sawahan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2
Tabel 1
Data transmisi PT. PLN (Persero) P3B Region Jawa Timur dan Bali UPT
Surabaya
GARDU
TRANSMISI TERPASANG
INDUK –
No
TEG ROUTE
MM2/
NOM.
JURUSA
JENIS
(kV)
(KM)
MCM
(AMP)
N
Tandes –
1.
150
ACSR
2X340
1480
3,200
Sawahan I
Tandes –
150
ACSR
2X340
1480
Sawahan
3,200
2.
II
Tabel 3
Data spesifikasi menara SUTT 150 kV
Parameter Menara
Jarak lengan menara:
Lengan Menara Pertama
Panjang Lengan Menara Kedua
Panjang Lengan Menara Ketiga
Panjang Lengan Menara Keempat
Panjang Lengan Menara Kawat Tanah A
Panjang Lengan Menara Kawat Tanah A’
Panjang Lengan Menara konduktor A, A’
Panjang Lengan Menara konduktor B, B’
Panjang Lengan Menara konduktor C, C’
Jarak konduktor terhadap tanah pada:
Tinggi Kawat Konduktor A
Tinggi Kawat Konduktor B
Tinggi Kawat Konduktor C
Tinggi Kawat Konduktor A’
Tinggi Kawat Konduktor B’
Tinggi Kawat Konduktor C’
Keterangan lain dari menara:
Lebar Dasar Menara
Jarak Span
Sudut Perlindungan
Panjang Isolator
Jarak Bundle
Radius Kawat Tanah
Radius Konduktor
Besaran
6 meter
7 meter
7 meter
7 meter
2,1 meter
2,1 meter
2,6 meter
2,6 meter
2,6 meter
33,7 meter
29,6 meter
25,5 meter
25,5 meter
29,6 meter
33,7 meter
6,751 meter
300 meter
15 °
0, 5842 meter
45,7 cm
0,45 cm
1.45 cm
Gambar 1 Menara transmisi 150 kV
B. Two Point Method untuk Perhitungan Lightning
Performance pada Saluran Transmisi
Dengan menggunakan metode two point method
untuk perhitungan lightning performance pada saluran
transmisi dalam buku J.G. Anderson, kita dapat menghitung
jarak sambaran maksimum dan minimum. Langkah-langkah
perhitungannya adalah sebagai berikut:
1. Impedansi Surja Menara[3]
Pada menara tipe menara jenis suspensi dengan
penghantar bundel maka kita dapat menentukan
impedansi surja menara dengan korona yaitu :
0
Tabel 4
Data spesifikasi menara 150kV
Parameter menara
Besaran
Tinggi Menara
37,7 meter
Tinggi kawat Tanah
37,7 meter
Jumlah Kawat Tanah
2 buah
Besaran
Design spesification
Voltage
150 kV
Number of Circuit
2
Horizontal Angle
0o – 3o
Besaran
Power conductor
Kind and size
ACSR 340 mm2
Diameter
25 mm
Weight
1,18 kg/m
Kuat tarik minimum
9474 kg
R DC 20O C
0,0851 ohm/ km
Besaran
Ground wire
Kind and Size
AW 55 mm2
Diameter
9,6 mm
Weight
0,44 kg
Max. Working Tension
1,5 kg
Besaran
Wind Pressure
Menara
120 kg/m2
Wire (Cont & GW)
40 kg/m2
Insulator String
60 g / 2 string
STRUKTURAL TO
TYPE D
0 √ln
2h
ln
2h
Dimana :
= Impedansi surja menara dengan korona(ohm).
= Radius corona(m).
= Radius penghantar ekivalen tunggal dari bundel
penghantar fasa tanpa korona(m).
= Tinggi rata-rata kawat fasa(m) .
2. Menentukan Tegangan Flashover[3]
Dengan memilih dua titik untuk waktu 2μs dan 6μs,
semua persamaan tegangan akan disederhanakan.
Dengan mensubstitusikan dengan nilai 2μs dan untuk
tanpa adanya pantulan dari menara yang berdekatan.
Tegangan kritis flashover saat 2μs dan μs adalah:
Dimana
adalah tegangan kritis flashover saat
2μs dan
adalah tegangan kritis flashover saat μs,
dan W adalah panjang isolator (m). berdasarkan Gambar
2 waktu muka petir(yang cenderung membahayakan)
adalah 2μs, maka dipilih waktu awal sambaran 2μs
sebagai standart yaitu
.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
3
Dimana :
= Arus minimum yang menyebabkan kegagalan
perlindungan(kA).
= Tegangan kritis flashover(kV).
= Impedansi surja menara dengan korona(ohm).
Gambar 2 Grafik Arus Sambaran dan Tegangan Isolator Dihitung pada
Dua Titik Waktu [3]
C. Perhitungan Perlindungan Sempurna Terhadap
Sambaran Petir [3]
Bila sambaran petir mendekat dengan jarak S dari
saluran dan bumi, sambaran petir itu akan dipengaruhi oleh
benda apa saja yang berada di bawah dan melompati jarak S
untuk mengadakan kontak dengan benda itu. Bila = 0
jarak S pada perlindungan sempurna dilihat dari jarak
sambaran disebut
. Gambar 3 menunjukkan model
perlindungan sempurna dilihat dari daerah yang dilindungi.
3. Perhitungan Arus Sambaran Minimum [3]
Apabila masih terjadi kegagalan perlindungan dari
.
sambaran petir maka kita harus menghitung
Karena pada saluran transimi GIS Tandes menggunakan
penghantar bundel, maka kita tambahkan radius korona
dengan jarak bundle untuk perkiraan radius korona
R(m). Menggunakan persamaan metode NewtonRapshon dari persamaan:
Dimana :
R = Radius korona(m).
h = Tinggi rata-rata kawat fasa (m).
= Tegangan kritis flashover (kV).
= Batas gradien korona dimana sampul korona tidak
bertambah lagi (kV/m)=1500kV/m.
Menghitung tinggi rata-rata kawat fasa h(meter), tinggi
kawat fasa tertinggi
(m), tinggi kawat fasa terendah
(m) berdasarkan model elektrogeometri maka:
Dimana :
= Tinggi kawat fasa tertinggi(m).
= Tinggi kawat fasa terendah(m).
Penghantar dengan bundel 2 maka radius ekivalen
tunggal dari bundel penghantar fasa tanpa korona(meter).
Dimana r adalah jarak bundle kawat fasa. Maka kita
dapatkan persamaan :
√
Gambar 3 Model elektrogeometri perlindungan sempurna [3]
Jarak sambaran maksimum oleh Love dirumuskan :
Dimana :
= Jarak sambaran maksimum(m).
= Arus minimum kegagalan perlindungan(kA).
D. Perhitungan Perlindungan Tidak Sempurna Terhadap
Sambaran Petir [3]
Sambaran B setelah mencapai busur PQ, akan
menyambar kawat fasa karena jaraknya ke kawat tanah dan
bumi lebih besar dari jarak sambaran. Pada Gambar 4
menunjukkan model elektrogeometri perlindungan tidak
sempurna.
Maka untuk perkiraan radius corona dari bundel :
Dimana :
R = Radius korona(m).
= Radius corona dari bundel(m).
= radius ekivalen tunggal dari bundel penghantar fasa
tanpa korona(meter)
Untuk mengetahui kemungkinan besarnya arus
minimum yang dapat menyebabkan kegagalan
perlindungan kita dapat menentukan
dengan
persamaan:
Gambar 4 Model elektrogeometri perlindungan tidak sempurna [3]
Dalam teori elektrogeometri perlindungan tidak
sempurna Semakin panjang
maka busur PQ menjadi
kecil sekali, di asumsikan OP
dimana jarak
sambaran minimum pada pertengahan garis G terhadap
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
titik P, maka kita dapat menentukan
pada Gambar 5.
dengan persamaan
4
yaitu kawat fasa terendah, maka perhitungan jarak sambaran
minimum
dan jarak sambaran maksimum
adalah
sebagai berikut :
1. Tegangan kritis flashover (kV) dari rentengan isolator
pada 2 μs
:
2. Tinggi rata-rata kawat fasa h(meter), dilihat dari daerah
yang dilindungi yaitu kawat fasa terendah maka:
Gambar 5 Cara menentukan harga
Dimana :
[
√
untuk memperoleh
[3]
]
3. Menghitung radius sampul korona menggunakan
metode Newton-Raphson:
R = 0,073 meter.
4. Radius ekivalen tunggal dari bundel penghantar fasa
tanpa korona(meter):
5. Radius corona dari bundel :
Dimana persamaan garis:
6. Impedansi surja menara
7. Arus sambaran minimum,
8. Jarak sambaran maksimum
Dimana :
= Selisih tinggi antara kawat fasa tertinggi dan kawat
tanah.
m = Kemiringan garis OP terhadap garis G (m).
= Tinggi kawat tanah dari fasa terendah(m).
= Tinggi kawat fasa tertinggi(m).
= Panjang lengan kawat fasa(m).
= Panjang lengan kawat tanah(m).
= Jarak sambaran akhir dari kilat ke bumi saluran
tegangan tinggi (HV) adalah 1,0
Setelah kita ketahui jarak sambaran minimum kita dapat
mensimulasikan
kegagalan
perlindungan
dengan
menggunakan matlab 7 metode Monte-Carlo.
E. Permodelan Sambaran Petir Metode Monte Carlo.
Metode Monte-Carlo disini digunakan untuk untuk
mengetahui
kemungkinan
terjadinya
kegagalan
perlindungan terhadap sambaran petir secara langsung.
Program ini ditulis dalam bahasa C menggunakan matlab 7
dengan menggunakan parameter berdasarkan perhitungan
model elektrogeometri perlindugan sempurna dan tidak
sempurna terhadap sambaran petir. Dimana jumlah
sambaran untuk daerah yang dilakukan simulasi sambaran
secara acak dimana jumlah sambaran yang mencakup luas
tanah per kilometer persegi per tahun. Tingkat kegagalan
perlindungan dari sistem berdasarkan kerapatan kerapatan
sambaran petir pada daerah tersebut. Untuk jumlah
sambaran ditentukan sendiri, untuk struktur tinggi
rendahnya struktur tanah dan keadaan geografis di abaikan.
IV. PERMODELAN DAN ANALISA KEGAGALAN
PERLINDUNGAN PADA SALURAN TRANSMISI
A. Perhitungan Kegagalan Perlindungan (Shielding Failure).
Pandangan pertama metode two point method untuk
perhitungan lightning performance pada saluran transmisi
dalam buku J.G. Anderson yaitu sambaran petir secara
langsung pada kawat fasa. Penghitungan jarak sambaran
minimal dan maksimal terhadap daerah yang dilindungi
(ohm).
(kA):
standar love :
9. Selisih tinggi kawat fasa tertinggi dan kawat tanah :
meter
10. Kemiringan garis OP terhadap garis G adalah
11. Persamaan garis adalah :
12. Nilai dari
adalah
B. Hasil Simulasi Monte-Carlo.
1. Hasil Simulasi Monte-Carlo Perlindungan Sempurna
Berdasarkan hasil hitungan kita dapat memasukkan nilai
untuk jarak sambaran maksimum (pada lingkaran biru).
Penulis mengasumsikan jumlah sambaran pertahun per 1
pertahun adalah 100 titik sambaran. Hasil simulasi sebagai
berikut :
Gambar 6 Hasil simulasi area perlindungan pada jarak sambaran
maksimum dengan jumlah titik-titik sambaran.
Berdasarkan hasil simulasi jarak sambaran maksimum
menunjukkan bahwa petir tidak ada yang masuk kedalam
lingkaran artinya tidak terjadi kegagalan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2. Hasil Simulasi Monte-Carlo Perlindungan Tidak Sempurna
Berdasarkan hasil hitungan kita dapat memasukkan nilai
untuk jarak sambaran minimum (pada lingkaran merah).
Penulis mengasumsikan jumlah sambaran pertahun per 1
pertahun adalah 100 titik sambaran. Maka kita dapatkan hasil
sebagai berikut :
5
D. Pengukuran Tegangan saat Impuls Petir 1,2/40 μs
Sambaran petir mengenai kawat fasa A dengan amplitudo
10 kA dan waktu impuls 1,2/50μs. Tegangan yang terukur di
titik sambaran dengan menggunakan arrester dapat di lihat pada
Gambar 10 dibawah ini.
1,6
[MV]
1,2
0,8
0,4
0,0
-0,4
-0,8
0
5
10
(f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) v :X0048A
15
v :X0048B
20
25
30
35
[us]
40
v :X0048C
Gambar 10 Grafik tegangan puncak menara di fasa A, B, dan C saat sambaran
di fasa A.
Gambar grafik tegangan akibat impuls pada busbar
dapat dilihat pada Gambar 11 di bawah ini.
300
Gambar 7 Hasil simulasi matlab7 area perlindungan pada jarak
sambaran minimum dengan jumlah titik-titik sambaran.
[kV]
200
100
Pada permodelan Gambar 8 sambaran petir yang terjadi
secara acak dengan mengasumsikan sebanyak 100 titik per 1
pertahun. Perlindungan elektrogeometri untuk area
sambaran minimum (pada lingkaran merah). Dari percobaan di
atas kita dapatkan untuk tiap area 1 k
nilai probabilitas
sambaran ke tower adalah sebesar 0,02 dari 100 titik sambaran
per 1 kilometer persegi per tahun.
C. Analisis koordinasi Arrester Menggunakan Permodelan
ATP/EMTP
Pada pemodelan simulasi ini model petir yang digunakan
pada simulasi ini menggunakan tipe Heidler, impuls petir
dengan bentuk surja langsung pada saluran udara dekat dengan
arester dengan amplitudo 10kA, 20kA dan 30kA., impuls petir
dengan bentuk surja tipikal (1.2/50μs). Untuk mengetahui
tegangan lebih pada saluran udara akibat sambaran, dilakukan
pengukuran tegangan puncak pada titik sambaran, tegangan
setelah arrester dan pada busbar. Gambar 9 berikut adalah
model saluran transmisi pada Gis Tandes.
0
-100
-200
-300
0
5
10
(f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) v :BUS2A
15
v :BUS2B
20
25
30
35
[us]
40
v :BUS2C
Gambar 11 Grafik tegangan busbar dengan adanya pengaruh arrester.
Tegangan puncak pada titik sambaran dengan variasi
amplitudo sambaran 10 kA, 20 kA, 30 kA dengan impuls
1,2/50μs dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5
Tegangan puncak menara saat impuls 1,2/50μs
Tegangan Puncak Menara (MV)
Arus Petir
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
(kA)
A*
B
C
A’
B’
0,16
0,06
1,6
0,48
0,3
10
0,330
0,12
2,8
0,9
0,6
20
0,460
0,2
4,05
1,3
1
30
Fasa A* yang tersambar
Fasa
C’
0,05
0,1
0,18
Gambar 12 Grafik tegangan puncak menara terhadap perubahan arus sambaran
petir saat impuls 1,2/50μs
Tegangan puncak pada busbar dengan variasi amplitudo
sambaran 10kA, 20kA, 30kA dengan impuls 1,2/50μs dapat
dilihat pada Tabel 6 berikut ini.
Gambar 9 Model Gis Tandes pada software ATP/EMTP
Tabel 6
Tegangan puncak busbar saat impuls 1,2/50μs
Tegangan Puncak Busbar (kV)
Arus Petir
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
(kA)
A*
B
C
A’
B’
215
73
70
175
68
10
220
83
77
185
73
20
230
95
85
220
95
30
Fasa A* yang tersambar
Fasa
C’
60
65
70
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
6
terjadi flashover semakin besar, seperti pada saat arus
puncak petir 30 kA.
4. Pada simulasi tugas akhir ini, untuk SUTT 150 kV Doble
Circuit di GIS Tandes tegangan pada Busbar mencapai
230 kV pada Arus sambaran 30 kA.
Gambar 13 Grafik tegangan puncak di busbar terhadap perubahan arus
sambaran petir saat impuls 1,2/50μs
.
Pada Tabel 7 akan diperlihatkan perbedaannya tegangan
busbar dengan amplitudo 10 kA, dan waktu impuls 1,2/50 μs .
Tabel 7
Perbandingan tegangan puncak di busbar fasa A, B dan C menggunakan
arrester dan tanpa arrester saat impuls 1,2/50μs
Arus
Tegangan Puncak Busbar Fasa A (kV)
Sambaran
Dengan Arrester
Tanpa Arrester
(kA)
215
312
10
220
625
20
230
920
30
Gambar 14 Grafik perbandingan tegangan puncak di busbar fasa A
menggunakan arrester dan tanpa arrester terhadap perubahan arus sambaran petir
saat impuls 1,2/50μs.
Berdasarkan grafik pada Gambar 14, tegangan di busbar
tidak menggunakan arrester (grafik merah) sedangkan tegangan
menggunakan arrester (grafik biru). tegangan tanpa arrester
tidak mendapatkan perlindungan terhadap tegangan lebih yang
menyambar menara pada kawat fasa A. Sehingga tegangan fasa
A pada busbar saat arus sambaran 30 kA mencapai 920 kV.
B. Saran
Saran yang dapat diberikan setelah mengerjakan Tugas
Akhir ini adalah :
1. Dalam pemilihan sistem perlindungan petir eksternal
harap diperhatikan mengenai kondisi dan letak topografi
dari peralatan tegangan tinggi tersebut.
2. Software ATP-EMTP ini dapat digunakan untuk
melakukan simulasi dan menganalisa performa
perlindungan sistem tidak hanya terhadap petir, tetapi
juga untuk gangguan lain seperti pada saat terjadi
switching impuls.
3. Perlu diperhatikan nilai IKL dan perhitungan sambaran
ke tanah dari suatu daerah pada saat akan membangun
menara SUTT, agar dapat dihitung terlebih dahulu nilai
jumlah kegagalan yang dapat ditimbulkan.
4. Pemasangan arrester di dekat gardu induk sangat
berguna untuk membatasi tegangan berlebih pada gardu
induk akibat adanya arus surja.
UCAPAN TERIMA KASIH
Saya Ricahya Wiguna Setiawan mengucapkan Puji
Syukur Kehadirat Allah SWT. Terimakasih kepada Bapak
IGN Satriyadi H. dan Bapak I Made Yulistya N. atas
bimbingan dan arahan sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. terimakasih kepada Ayah dan
Ibu yang sudah memberikan izin belajar dan dukungan
finansial untuk belajar di Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya. Terimakasih juga kepada teman-teman
yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang telah
memberikan dukungan dan suportnya.
[1]
[2]
[3]
IV. PENUTUP
[4]
Berdasarkan pembahasan perhitungan, hasil simulasi
matlab dan analisis simulasi ATP-EMTP, maka pada Tugas
Akhir ini didapatkan beberapa kesimpulan dan saran, yaitu :
[5]
A. Kesimpulan
1. Berdasarkan perhitungan didapatkan untuk tipikal tower
di GIS tandes arus sambaran minimal untuk loncatan
kegagalan perlindungan adalah sebesar 6,72 kA dengan
jarak sambaran minimal adalah sebesar 30,6 meter dan
jarak sambaran maksimal adalah sebesar 34,49 meter.
2. Berdasarkan hasil simulasi matlab 7 dengan metode
monte-carlo nilai rata-rata probabilitas sambaran ke
tower adalah sebesar 0,02 dari 100 sambaran per satu
kilometer persegi pertahun.
3. Semakin besar arus puncak sambaran petir dan semakin
lama tail time dari petir mengakibatkan kemungkinan
DAFTAR PUSTAKA
Aslimeri., “Teknik Transmisi Tenaga Listrik Jilid 2”
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan,
2008.
Kadir, Abdul., “Transmisi Tenaga Listrik”, UI – Press,
1998.
Mustofa, Arif., Diktat Kuliah ―
Proteksi Petir‖, Jurusan
Teknik Elektro ITS, Surabaya, 2010.
Anderson, J.G., ―
Transmission Line Reference Book –
345kV and Above‖, Electric Power Research Institute,
Palo Alto, California, 1982.
Shahida, Noor., ―
Lightning simulation study on line
surge arresters and protection design of simple
structures‖, Malaysia, 2008.
1
Analisa Koordinasi Surja Arrester Saluran
Udara Tegangan Tinggi 150 kV Menggunakan
ATP/EMTP Dan Metode Monte Carlo di GIS
Tandes
Ricahya Wiguna Setiawan, IGN Satriyadi Hernanda, ST, MT., Dr. Eng. I Made Yulistya N, ST, M.Sc
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
E-mail: [email protected], [email protected], [email protected]
Abstrak— Evaluasi surja arrester dengan simulasi pemodelan
sambaran langsung pada kawat fasa SUTT 150 kV Double
Circuit
yang
menimbulkan
efek
kegagalan
perlindungan(shielding failure) menggunakan Matlab 7 metode
monte-carlo didapatkan untuk tiap area 1
pertahun nilai ratarata probabilitas sambaran ke tower adalah sebesar 0,02 dari 100
sambaran per satu kilometer persegi pertahun. Simulasi
menggunakan software ATP/EMTP pada menara transmisi dari
GIS Tandes ke Sawahan yang terdiri dari 11 menara, dengan
amplitudo arus sambaran mencapai 30 kA, dan waktu impulsnya
1,2/50 us. Menunjukkan bahwa sistem yang menggunakan alat
pelindung petir seperti arrester mampu melindungi sistem dari
arus petir sampai 30 kA. Sedangkan sistem yang tidak memakai
perlindungan arrester tidak mampu menahan tegangan lebih
sebesar 920 kV.
Kata Kunci— Shielding failure, Proteksi petir, Tegangan
induksi petir, Saluran transmisi tegangan tinggi .
I. PENDAHULUAN
K
erapatan sambaran petir di Indonesia juga sangat besar
2
yaitu 12/km per tahun, yang berarti pada setiap luas
2
area 1 km berpotensi menerima sambaran petir sebanyak 12
kali setiap tahunnya. Sambaran petir memiliki karakteristik
yang berbeda-beda pada setiap sambarannya, seperti besar
arus dan konstanta waktu. Oleh karena itu perlu dilakukan
studi lebih lanjut untuk mengetahui kemungkinan terjadinya
kegagalan perlindungan terhadap sambaran petir. Sambaran
petir dapat mengakibatkan gangguan seperti kegagalan
isolasi, flashover, back flashover, dan gangguan lainnya.
Sambaran petir langsung terdiri dari dua macam, yaitu
sambaran pada kawat tanah, dan sambaran pada kawat fasa.
Untuk menganalisis fenomena terhadap sambaran langsung
dilakukan analisis melalui simulasi dengan memodelkan
parameter-parameter pada saluran transmisi, diantaranya
model menara, isolator saluran, kawat tanah, kawat fasa, dan
sistem pentanahan disimulasikan dengan menggunakan
perangkat lunak EMTP (Electromagnetic Transients
Program)[1].
Sambaran langsung petir apabila kilat menyambar pada
kawat fasa (untuk saluran tanpa kawat tanah) atau pada
kawat tanah (untuk saluran dengan kawat tanah). Fenomena
dimana terjadi kegagalan perlindungan dikarenakan ketika
petir menyambar kawat tanah atau kawat fasa akan timbul
arus besar dan sepasang gelombang berjalan yang merambat
pada kawat. Arus besar ini dapat membahayakan peralatan
yang berada pada saluran. Besarnya arus atau tegangan
akibat sambaran ini bergantung pada besar arus petir, waktu
muka dan jenis tiang saluran. Oleh karena itu diperlukan
melakukan simulasi tentang kegagalan perlindungan. Pada
penelitian ini menganalisa dan memodelkan gangguan
sambaran petir dan prosentasi kegagalan perlindungannya.
II. TEORI PENUNJANG DAN GANGGUAN PETIR
PADA SALURAN UDARA TEGANGAN MENENGAH.
A. Sistem Tenaga Listrik
Secara sederhana sistem tenaga listrik adalah sekumpulan
pusat listrik dan gardu induk (pusat beban) yang satu dengan
yang lain dihubungkan oleh jaringan transmisi dan distribusi
sehingga merupakan sebuah satu kesatuan yang
terinterkoneksi. Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga
bagian utama, yaitu pusat pembangkit listrik, saluran
transmisi, dan sistem distribusi. Pada Sistem Tenaga listrik di
Indonesia, Tenaga listrik yang di hasilkan dari pembangkit
dinaikan melalui transformator step up untuk di transmisikan.
Sistem transmisi di Indonesia menggunakan sistem transmisi
150kV atau yang biasa di sebut Saluran Udara Tegangan
Tinggi (SUTT), dan 500kV atau yang biasa disebut Saluran
Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET)[2].
B. Petir
Petir terjadi akibat perpindahan muatan negatif (elektron)
menuju ke muatan positif (proton). Para ilmuwan menduga
lompatan bunga api listriknya sendiri terjadi, ada beberapa
tahapan yang biasanya dilalui. Pertama adalah pemampatan
muatan listrik pada awan bersangkutan. Umumnya, akan
menumpuk di bagian paling atas awan adalah listrik muatan
negatif di bagian tengah adalah listrik bermuatan positif;
sementara di bagian dasar adalah muatan negatif yang berbaur
dengan muatan positif. Pada bagian bawah inilah petir biasa
berlontaran. Pelepasan muatan ini disertai dengan pancaran
cahaya dan radiasi elektromagnetik lainnya. Pada musim
hujan petir perlu diwaspadai, petir biasanya muncul pada saat
akan hujan atau ketika hujan sudah turun[3].
III. PEMODELAN SUTT DOUBLE CIRCUIT DAN
PERMODELAN MONTE-CARLO
A. Model Transmisi Udara 150 kV
Saluran transmisi 150 kV GI Tandes dengan jurusan
Tandes-Sawahan yang memiliki 11 menara transmisi,
dengan panjang saluran sekitar 3,2Km. Dan untuk
memodelkan kondisi sebenarnya dari SUTT digunakan datadata transmisi dan hasil pengukuran tahanan pentanahan
menara SUTT 150 kV line Tandes-Sawahan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2
Tabel 1
Data transmisi PT. PLN (Persero) P3B Region Jawa Timur dan Bali UPT
Surabaya
GARDU
TRANSMISI TERPASANG
INDUK –
No
TEG ROUTE
MM2/
NOM.
JURUSA
JENIS
(kV)
(KM)
MCM
(AMP)
N
Tandes –
1.
150
ACSR
2X340
1480
3,200
Sawahan I
Tandes –
150
ACSR
2X340
1480
Sawahan
3,200
2.
II
Tabel 3
Data spesifikasi menara SUTT 150 kV
Parameter Menara
Jarak lengan menara:
Lengan Menara Pertama
Panjang Lengan Menara Kedua
Panjang Lengan Menara Ketiga
Panjang Lengan Menara Keempat
Panjang Lengan Menara Kawat Tanah A
Panjang Lengan Menara Kawat Tanah A’
Panjang Lengan Menara konduktor A, A’
Panjang Lengan Menara konduktor B, B’
Panjang Lengan Menara konduktor C, C’
Jarak konduktor terhadap tanah pada:
Tinggi Kawat Konduktor A
Tinggi Kawat Konduktor B
Tinggi Kawat Konduktor C
Tinggi Kawat Konduktor A’
Tinggi Kawat Konduktor B’
Tinggi Kawat Konduktor C’
Keterangan lain dari menara:
Lebar Dasar Menara
Jarak Span
Sudut Perlindungan
Panjang Isolator
Jarak Bundle
Radius Kawat Tanah
Radius Konduktor
Besaran
6 meter
7 meter
7 meter
7 meter
2,1 meter
2,1 meter
2,6 meter
2,6 meter
2,6 meter
33,7 meter
29,6 meter
25,5 meter
25,5 meter
29,6 meter
33,7 meter
6,751 meter
300 meter
15 °
0, 5842 meter
45,7 cm
0,45 cm
1.45 cm
Gambar 1 Menara transmisi 150 kV
B. Two Point Method untuk Perhitungan Lightning
Performance pada Saluran Transmisi
Dengan menggunakan metode two point method
untuk perhitungan lightning performance pada saluran
transmisi dalam buku J.G. Anderson, kita dapat menghitung
jarak sambaran maksimum dan minimum. Langkah-langkah
perhitungannya adalah sebagai berikut:
1. Impedansi Surja Menara[3]
Pada menara tipe menara jenis suspensi dengan
penghantar bundel maka kita dapat menentukan
impedansi surja menara dengan korona yaitu :
0
Tabel 4
Data spesifikasi menara 150kV
Parameter menara
Besaran
Tinggi Menara
37,7 meter
Tinggi kawat Tanah
37,7 meter
Jumlah Kawat Tanah
2 buah
Besaran
Design spesification
Voltage
150 kV
Number of Circuit
2
Horizontal Angle
0o – 3o
Besaran
Power conductor
Kind and size
ACSR 340 mm2
Diameter
25 mm
Weight
1,18 kg/m
Kuat tarik minimum
9474 kg
R DC 20O C
0,0851 ohm/ km
Besaran
Ground wire
Kind and Size
AW 55 mm2
Diameter
9,6 mm
Weight
0,44 kg
Max. Working Tension
1,5 kg
Besaran
Wind Pressure
Menara
120 kg/m2
Wire (Cont & GW)
40 kg/m2
Insulator String
60 g / 2 string
STRUKTURAL TO
TYPE D
0 √ln
2h
ln
2h
Dimana :
= Impedansi surja menara dengan korona(ohm).
= Radius corona(m).
= Radius penghantar ekivalen tunggal dari bundel
penghantar fasa tanpa korona(m).
= Tinggi rata-rata kawat fasa(m) .
2. Menentukan Tegangan Flashover[3]
Dengan memilih dua titik untuk waktu 2μs dan 6μs,
semua persamaan tegangan akan disederhanakan.
Dengan mensubstitusikan dengan nilai 2μs dan untuk
tanpa adanya pantulan dari menara yang berdekatan.
Tegangan kritis flashover saat 2μs dan μs adalah:
Dimana
adalah tegangan kritis flashover saat
2μs dan
adalah tegangan kritis flashover saat μs,
dan W adalah panjang isolator (m). berdasarkan Gambar
2 waktu muka petir(yang cenderung membahayakan)
adalah 2μs, maka dipilih waktu awal sambaran 2μs
sebagai standart yaitu
.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
3
Dimana :
= Arus minimum yang menyebabkan kegagalan
perlindungan(kA).
= Tegangan kritis flashover(kV).
= Impedansi surja menara dengan korona(ohm).
Gambar 2 Grafik Arus Sambaran dan Tegangan Isolator Dihitung pada
Dua Titik Waktu [3]
C. Perhitungan Perlindungan Sempurna Terhadap
Sambaran Petir [3]
Bila sambaran petir mendekat dengan jarak S dari
saluran dan bumi, sambaran petir itu akan dipengaruhi oleh
benda apa saja yang berada di bawah dan melompati jarak S
untuk mengadakan kontak dengan benda itu. Bila = 0
jarak S pada perlindungan sempurna dilihat dari jarak
sambaran disebut
. Gambar 3 menunjukkan model
perlindungan sempurna dilihat dari daerah yang dilindungi.
3. Perhitungan Arus Sambaran Minimum [3]
Apabila masih terjadi kegagalan perlindungan dari
.
sambaran petir maka kita harus menghitung
Karena pada saluran transimi GIS Tandes menggunakan
penghantar bundel, maka kita tambahkan radius korona
dengan jarak bundle untuk perkiraan radius korona
R(m). Menggunakan persamaan metode NewtonRapshon dari persamaan:
Dimana :
R = Radius korona(m).
h = Tinggi rata-rata kawat fasa (m).
= Tegangan kritis flashover (kV).
= Batas gradien korona dimana sampul korona tidak
bertambah lagi (kV/m)=1500kV/m.
Menghitung tinggi rata-rata kawat fasa h(meter), tinggi
kawat fasa tertinggi
(m), tinggi kawat fasa terendah
(m) berdasarkan model elektrogeometri maka:
Dimana :
= Tinggi kawat fasa tertinggi(m).
= Tinggi kawat fasa terendah(m).
Penghantar dengan bundel 2 maka radius ekivalen
tunggal dari bundel penghantar fasa tanpa korona(meter).
Dimana r adalah jarak bundle kawat fasa. Maka kita
dapatkan persamaan :
√
Gambar 3 Model elektrogeometri perlindungan sempurna [3]
Jarak sambaran maksimum oleh Love dirumuskan :
Dimana :
= Jarak sambaran maksimum(m).
= Arus minimum kegagalan perlindungan(kA).
D. Perhitungan Perlindungan Tidak Sempurna Terhadap
Sambaran Petir [3]
Sambaran B setelah mencapai busur PQ, akan
menyambar kawat fasa karena jaraknya ke kawat tanah dan
bumi lebih besar dari jarak sambaran. Pada Gambar 4
menunjukkan model elektrogeometri perlindungan tidak
sempurna.
Maka untuk perkiraan radius corona dari bundel :
Dimana :
R = Radius korona(m).
= Radius corona dari bundel(m).
= radius ekivalen tunggal dari bundel penghantar fasa
tanpa korona(meter)
Untuk mengetahui kemungkinan besarnya arus
minimum yang dapat menyebabkan kegagalan
perlindungan kita dapat menentukan
dengan
persamaan:
Gambar 4 Model elektrogeometri perlindungan tidak sempurna [3]
Dalam teori elektrogeometri perlindungan tidak
sempurna Semakin panjang
maka busur PQ menjadi
kecil sekali, di asumsikan OP
dimana jarak
sambaran minimum pada pertengahan garis G terhadap
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
titik P, maka kita dapat menentukan
pada Gambar 5.
dengan persamaan
4
yaitu kawat fasa terendah, maka perhitungan jarak sambaran
minimum
dan jarak sambaran maksimum
adalah
sebagai berikut :
1. Tegangan kritis flashover (kV) dari rentengan isolator
pada 2 μs
:
2. Tinggi rata-rata kawat fasa h(meter), dilihat dari daerah
yang dilindungi yaitu kawat fasa terendah maka:
Gambar 5 Cara menentukan harga
Dimana :
[
√
untuk memperoleh
[3]
]
3. Menghitung radius sampul korona menggunakan
metode Newton-Raphson:
R = 0,073 meter.
4. Radius ekivalen tunggal dari bundel penghantar fasa
tanpa korona(meter):
5. Radius corona dari bundel :
Dimana persamaan garis:
6. Impedansi surja menara
7. Arus sambaran minimum,
8. Jarak sambaran maksimum
Dimana :
= Selisih tinggi antara kawat fasa tertinggi dan kawat
tanah.
m = Kemiringan garis OP terhadap garis G (m).
= Tinggi kawat tanah dari fasa terendah(m).
= Tinggi kawat fasa tertinggi(m).
= Panjang lengan kawat fasa(m).
= Panjang lengan kawat tanah(m).
= Jarak sambaran akhir dari kilat ke bumi saluran
tegangan tinggi (HV) adalah 1,0
Setelah kita ketahui jarak sambaran minimum kita dapat
mensimulasikan
kegagalan
perlindungan
dengan
menggunakan matlab 7 metode Monte-Carlo.
E. Permodelan Sambaran Petir Metode Monte Carlo.
Metode Monte-Carlo disini digunakan untuk untuk
mengetahui
kemungkinan
terjadinya
kegagalan
perlindungan terhadap sambaran petir secara langsung.
Program ini ditulis dalam bahasa C menggunakan matlab 7
dengan menggunakan parameter berdasarkan perhitungan
model elektrogeometri perlindugan sempurna dan tidak
sempurna terhadap sambaran petir. Dimana jumlah
sambaran untuk daerah yang dilakukan simulasi sambaran
secara acak dimana jumlah sambaran yang mencakup luas
tanah per kilometer persegi per tahun. Tingkat kegagalan
perlindungan dari sistem berdasarkan kerapatan kerapatan
sambaran petir pada daerah tersebut. Untuk jumlah
sambaran ditentukan sendiri, untuk struktur tinggi
rendahnya struktur tanah dan keadaan geografis di abaikan.
IV. PERMODELAN DAN ANALISA KEGAGALAN
PERLINDUNGAN PADA SALURAN TRANSMISI
A. Perhitungan Kegagalan Perlindungan (Shielding Failure).
Pandangan pertama metode two point method untuk
perhitungan lightning performance pada saluran transmisi
dalam buku J.G. Anderson yaitu sambaran petir secara
langsung pada kawat fasa. Penghitungan jarak sambaran
minimal dan maksimal terhadap daerah yang dilindungi
(ohm).
(kA):
standar love :
9. Selisih tinggi kawat fasa tertinggi dan kawat tanah :
meter
10. Kemiringan garis OP terhadap garis G adalah
11. Persamaan garis adalah :
12. Nilai dari
adalah
B. Hasil Simulasi Monte-Carlo.
1. Hasil Simulasi Monte-Carlo Perlindungan Sempurna
Berdasarkan hasil hitungan kita dapat memasukkan nilai
untuk jarak sambaran maksimum (pada lingkaran biru).
Penulis mengasumsikan jumlah sambaran pertahun per 1
pertahun adalah 100 titik sambaran. Hasil simulasi sebagai
berikut :
Gambar 6 Hasil simulasi area perlindungan pada jarak sambaran
maksimum dengan jumlah titik-titik sambaran.
Berdasarkan hasil simulasi jarak sambaran maksimum
menunjukkan bahwa petir tidak ada yang masuk kedalam
lingkaran artinya tidak terjadi kegagalan.
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
2. Hasil Simulasi Monte-Carlo Perlindungan Tidak Sempurna
Berdasarkan hasil hitungan kita dapat memasukkan nilai
untuk jarak sambaran minimum (pada lingkaran merah).
Penulis mengasumsikan jumlah sambaran pertahun per 1
pertahun adalah 100 titik sambaran. Maka kita dapatkan hasil
sebagai berikut :
5
D. Pengukuran Tegangan saat Impuls Petir 1,2/40 μs
Sambaran petir mengenai kawat fasa A dengan amplitudo
10 kA dan waktu impuls 1,2/50μs. Tegangan yang terukur di
titik sambaran dengan menggunakan arrester dapat di lihat pada
Gambar 10 dibawah ini.
1,6
[MV]
1,2
0,8
0,4
0,0
-0,4
-0,8
0
5
10
(f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) v :X0048A
15
v :X0048B
20
25
30
35
[us]
40
v :X0048C
Gambar 10 Grafik tegangan puncak menara di fasa A, B, dan C saat sambaran
di fasa A.
Gambar grafik tegangan akibat impuls pada busbar
dapat dilihat pada Gambar 11 di bawah ini.
300
Gambar 7 Hasil simulasi matlab7 area perlindungan pada jarak
sambaran minimum dengan jumlah titik-titik sambaran.
[kV]
200
100
Pada permodelan Gambar 8 sambaran petir yang terjadi
secara acak dengan mengasumsikan sebanyak 100 titik per 1
pertahun. Perlindungan elektrogeometri untuk area
sambaran minimum (pada lingkaran merah). Dari percobaan di
atas kita dapatkan untuk tiap area 1 k
nilai probabilitas
sambaran ke tower adalah sebesar 0,02 dari 100 titik sambaran
per 1 kilometer persegi per tahun.
C. Analisis koordinasi Arrester Menggunakan Permodelan
ATP/EMTP
Pada pemodelan simulasi ini model petir yang digunakan
pada simulasi ini menggunakan tipe Heidler, impuls petir
dengan bentuk surja langsung pada saluran udara dekat dengan
arester dengan amplitudo 10kA, 20kA dan 30kA., impuls petir
dengan bentuk surja tipikal (1.2/50μs). Untuk mengetahui
tegangan lebih pada saluran udara akibat sambaran, dilakukan
pengukuran tegangan puncak pada titik sambaran, tegangan
setelah arrester dan pada busbar. Gambar 9 berikut adalah
model saluran transmisi pada Gis Tandes.
0
-100
-200
-300
0
5
10
(f ile SUTTtnds.pl4; x-v ar t) v :BUS2A
15
v :BUS2B
20
25
30
35
[us]
40
v :BUS2C
Gambar 11 Grafik tegangan busbar dengan adanya pengaruh arrester.
Tegangan puncak pada titik sambaran dengan variasi
amplitudo sambaran 10 kA, 20 kA, 30 kA dengan impuls
1,2/50μs dapat dilihat pada Tabel 5 berikut ini.
Tabel 5
Tegangan puncak menara saat impuls 1,2/50μs
Tegangan Puncak Menara (MV)
Arus Petir
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
(kA)
A*
B
C
A’
B’
0,16
0,06
1,6
0,48
0,3
10
0,330
0,12
2,8
0,9
0,6
20
0,460
0,2
4,05
1,3
1
30
Fasa A* yang tersambar
Fasa
C’
0,05
0,1
0,18
Gambar 12 Grafik tegangan puncak menara terhadap perubahan arus sambaran
petir saat impuls 1,2/50μs
Tegangan puncak pada busbar dengan variasi amplitudo
sambaran 10kA, 20kA, 30kA dengan impuls 1,2/50μs dapat
dilihat pada Tabel 6 berikut ini.
Gambar 9 Model Gis Tandes pada software ATP/EMTP
Tabel 6
Tegangan puncak busbar saat impuls 1,2/50μs
Tegangan Puncak Busbar (kV)
Arus Petir
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
Fasa
(kA)
A*
B
C
A’
B’
215
73
70
175
68
10
220
83
77
185
73
20
230
95
85
220
95
30
Fasa A* yang tersambar
Fasa
C’
60
65
70
JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 1, No. 1, (2012) 1-6
6
terjadi flashover semakin besar, seperti pada saat arus
puncak petir 30 kA.
4. Pada simulasi tugas akhir ini, untuk SUTT 150 kV Doble
Circuit di GIS Tandes tegangan pada Busbar mencapai
230 kV pada Arus sambaran 30 kA.
Gambar 13 Grafik tegangan puncak di busbar terhadap perubahan arus
sambaran petir saat impuls 1,2/50μs
.
Pada Tabel 7 akan diperlihatkan perbedaannya tegangan
busbar dengan amplitudo 10 kA, dan waktu impuls 1,2/50 μs .
Tabel 7
Perbandingan tegangan puncak di busbar fasa A, B dan C menggunakan
arrester dan tanpa arrester saat impuls 1,2/50μs
Arus
Tegangan Puncak Busbar Fasa A (kV)
Sambaran
Dengan Arrester
Tanpa Arrester
(kA)
215
312
10
220
625
20
230
920
30
Gambar 14 Grafik perbandingan tegangan puncak di busbar fasa A
menggunakan arrester dan tanpa arrester terhadap perubahan arus sambaran petir
saat impuls 1,2/50μs.
Berdasarkan grafik pada Gambar 14, tegangan di busbar
tidak menggunakan arrester (grafik merah) sedangkan tegangan
menggunakan arrester (grafik biru). tegangan tanpa arrester
tidak mendapatkan perlindungan terhadap tegangan lebih yang
menyambar menara pada kawat fasa A. Sehingga tegangan fasa
A pada busbar saat arus sambaran 30 kA mencapai 920 kV.
B. Saran
Saran yang dapat diberikan setelah mengerjakan Tugas
Akhir ini adalah :
1. Dalam pemilihan sistem perlindungan petir eksternal
harap diperhatikan mengenai kondisi dan letak topografi
dari peralatan tegangan tinggi tersebut.
2. Software ATP-EMTP ini dapat digunakan untuk
melakukan simulasi dan menganalisa performa
perlindungan sistem tidak hanya terhadap petir, tetapi
juga untuk gangguan lain seperti pada saat terjadi
switching impuls.
3. Perlu diperhatikan nilai IKL dan perhitungan sambaran
ke tanah dari suatu daerah pada saat akan membangun
menara SUTT, agar dapat dihitung terlebih dahulu nilai
jumlah kegagalan yang dapat ditimbulkan.
4. Pemasangan arrester di dekat gardu induk sangat
berguna untuk membatasi tegangan berlebih pada gardu
induk akibat adanya arus surja.
UCAPAN TERIMA KASIH
Saya Ricahya Wiguna Setiawan mengucapkan Puji
Syukur Kehadirat Allah SWT. Terimakasih kepada Bapak
IGN Satriyadi H. dan Bapak I Made Yulistya N. atas
bimbingan dan arahan sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir ini. terimakasih kepada Ayah dan
Ibu yang sudah memberikan izin belajar dan dukungan
finansial untuk belajar di Institut Teknologi Sepuluh
Nopember Surabaya. Terimakasih juga kepada teman-teman
yang tidak bisa disebutkan satu-persatu yang telah
memberikan dukungan dan suportnya.
[1]
[2]
[3]
IV. PENUTUP
[4]
Berdasarkan pembahasan perhitungan, hasil simulasi
matlab dan analisis simulasi ATP-EMTP, maka pada Tugas
Akhir ini didapatkan beberapa kesimpulan dan saran, yaitu :
[5]
A. Kesimpulan
1. Berdasarkan perhitungan didapatkan untuk tipikal tower
di GIS tandes arus sambaran minimal untuk loncatan
kegagalan perlindungan adalah sebesar 6,72 kA dengan
jarak sambaran minimal adalah sebesar 30,6 meter dan
jarak sambaran maksimal adalah sebesar 34,49 meter.
2. Berdasarkan hasil simulasi matlab 7 dengan metode
monte-carlo nilai rata-rata probabilitas sambaran ke
tower adalah sebesar 0,02 dari 100 sambaran per satu
kilometer persegi pertahun.
3. Semakin besar arus puncak sambaran petir dan semakin
lama tail time dari petir mengakibatkan kemungkinan
DAFTAR PUSTAKA
Aslimeri., “Teknik Transmisi Tenaga Listrik Jilid 2”
Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan,
2008.
Kadir, Abdul., “Transmisi Tenaga Listrik”, UI – Press,
1998.
Mustofa, Arif., Diktat Kuliah ―
Proteksi Petir‖, Jurusan
Teknik Elektro ITS, Surabaya, 2010.
Anderson, J.G., ―
Transmission Line Reference Book –
345kV and Above‖, Electric Power Research Institute,
Palo Alto, California, 1982.
Shahida, Noor., ―
Lightning simulation study on line
surge arresters and protection design of simple
structures‖, Malaysia, 2008.