BAB III LIGHTNING ARRESTER

BAB III
LIGHTNING ARRESTER
3.1
Pendahuluan
Gangguan tegangan lebih yang mungkin terjadi pada Gardu induk dapat
disebabkan oleh beberapa sumber gangguan tegangan lebih. Perlindungan terhadap
gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir pada sistem tenaga listrik mencakup
perlindungan Gardu induk serta perlindungan hantaran udara.
Pemasangan peralatan perlindungan yang dipasang pada saluran udara
dimaksud untuk mencegah atau membatasi besarnya gelombang berjalan yang
memasuki Gardu Induk. Peralatan proteksi ini berfungsi untuk melindungi peralatan
tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang dating dan
mengalirkan ke tanah. Berhubung dengan fungsinya tersebut, maka peralatan proteksi
harus dapat menahan tegangan 50 Hz untuk waktu yang tak terbatas dan harus
melewati surja arus ke tanah dengan tidak merusaknya. Selain itu, sebuah alat
30
31
pelindung yang baik harus mempunyai rasio yang tinggi, dalam pengertian
perbandingan antara tegangan maksimum yang diperbolehkan pada waktu pelepasan
dan tegangan sistem 50 Hz maksimal yang dapat ditahan sesudah pelepasn terjadi.
peralatan peralatan proteksi untuk melindungi peralatan Gardu Induk dari
tegangan lebih adalah sela batang ( Rod Gap ), sela sekring ( Fuse Gap ), sela control
( Control Gap ), arrester jenis ekspulsi ( Type Lightning Arrester ), dan arrester Janis
katup ( Valve Type Lightning Arrester).
3.2
Sela Batang
Sela batang merupakan alat pelindung surja yang paling sederhana tetapi
paling kuat dan kokoh. Sela batang ini jarang digunakan pada rangkaian yang penting
karena tidak dapat memutuskan arus susulan. Artinya jika percikan karena tegangan
lebih, api (arc) timbul terus meskipun tegangan lebihnya sudah tidak ada. Oleh sebab
itu rangkaian harus diputuskan terlebih dahulu untuk menghentikan percikan api
tersebut. Karena hal tersebut, maka sela batang ini digunakan sebagai pelindung
cadangan dalam hal arrester dilepaskan dari saluran karena kerusakan atau sebab lain.
Keuntungan dari sela batang ialah bentuknya yang sederhana, mudah dibuat dan kuat
(rugged). Cacadnya ialah bahwa sekali terjadi percikan karena tegangan lebih api (
arc ) timbul terus meskipun tegangan lebihnya sudah tidak ada, oleh karena itu sirkuit
harus diputuskan terlebih dahulu untuk menghentikan percikan api tersebut. Kecuali
itu tegangan gagalnya naik lebih tinggi dari pada isolasi yang dilindunginya untuk
gelombang berwaktu pendek sehingga diperlukan sela yang sempit untuk gelombang
yang curam.
32
Oleh karena itu sela batang dapat dipakai untuk perlindungan cadangan ( back
up protection ), atau dalam kombinasi dengan CB ( circuit breaker ) yang mempunyai
kecepatan menutup kembali ( sesudah dibuka ) yang tinggi (high speed reclose
operation ). Sekarang sela batang masih dipakai terutama guna melindungi CB
(circuit breaker ) dalam keadaan terbuka terhadap pukulan petir.
Gambar 3.1 Sela Batang
Sela batang ini biasanya dipasang pada :

Bushing isolator pada tranformator

Pada isolator hantaran udara berupa tanduk api (arcing horn)

Pemutus daya ( circuit breaker )
Meskipun sela batang sangat murah dan sederhana, sela ini mempunyai
batasan batasan dalam dalam penggunaanya :
33
 Sela batang tidak berfungsi jika gelombang dating mempunyai
tegangan yang curam
 Sela batang tidak bias memutuskan arus susulan.
 Sela batang bias meleleh akibat energi panas dengan temperature
tinggi yang dilepaskan melalui bunga api.
3.3
Sela Sekring
Sela sekring adalah sela batang yang dihubungkan secara seri dengan sekring
dengan sekring yang digunakan untuk mengiterupsikan arus susulan ( power follow
current ) sehingga sirkuit breaker tidak perlu membuka. Sela sekring mempunyai
karakteristik tembus yang sama dengan sela batang. Meskipun sela sekring ini
menghindarkan adanya pemutusan rangkaian sebagai akibat percikan, sela sekring
tetap memerlukan penggantian dan perawatan sekring yang telah dipakai.
3.4
Sela Kontrol
Sela control ( control gap ) terdiri dari dua buah sela yang diatur sedemikian
rupa hingga karakteristiknya mendekati sela bola yang ditinjau dari segi lengkung
volt waktunya mempunyai karakteristik lebih baik dari sela batang. Sela ini dapat
dipakai bersama atau tanpa sekring meskipun ia dapat dipakai sebagai perlindungan
cadangan atau sekunder, ia dianggap sekelas dengan sela batang.
34
Lightning Arrester
3.5
Lightning Arrester adalah alat proteksi peralatan sistem tenaga listrik terhadap
arus listrik, yang berfungsi sebagai alat yang dapat memby-pass ke ground, pada
keadaan normal, lightning arrester akan bersifat sebagai isolator dan bila timbul surja
Petir akan berfungsi sebagi penghantar/konduktor.
Setelah surja itu hilang lightning arrester harus dengan cepat kembali bersifat
isolator, sehingga circuit braker (CB) tidak sempat membuka. Lightning arrester ini
tidak sama dengan sela batang maupun protection tube, karena
arrester bisa
memutuskan arus susulan sehingga tidak menggangu sistem secara keseluruhan.
Pemakaianya pada sistem tenaga listrik bolak balik.
Jenis Arrester
3.6
Lingkup arrester luas, mulai dari penggunaan elektronika hingga pada sistem
transmisi tegangan tinggi maupun ekstra tinggi, lightning arrester pada sistem
transmisi secara umum dapat dikelompokan sebagai berikut :
3.6.1
Arrester Jenis Ekspulsi Atau Tabung Pelindung
Arrester jenis ini pada prinsipnya terdiri dari
A. Dinding tabung yang terbuat dari bahan yang mudah menghasilkan gas jika
dialiri listrik.
35
B. Sela batang ( external series gap ) yang biasanya diletakan pada isolator porselin,
untuk mencegah arus mengalir dan membakar fiber pada tegangan jala jala
setelaj gangguan diatasi.
C. Sela pemutus bunga api yang diletakan di dalam tabung, salah satu elektroda
dihubungkan ke tanah.
Pada waktu tegangan surja melewati sela batang dan sela bunga api, maka
impedansi tabung akan menjadi rendah sehingga arus surja akan mengair ke tanah.
Arus yang mengalir akan membakar fiber dan menghasilkan gas yang bergerak cepat
ke arah lubang pembuangan di bagian bawah arrester. Tekanan gas ini akan
mematikan bunga api pada saat arus melalui titik nol pertamanya. Waktu pemadaman
busur api ini hanya
atau 1 cycle sehingga RRV ( Rate of Recovering Voltage )
lebih lambat dari rate of rise kekuatan dielektrit dari isolasi. Beda waktu ini cukup
pendek untuk dibaca oleh rele pendukung. Sehingga circuit breaker tetap bekerja (
tertutup ) dan pelayanan daya tidak terganggu. Setelah api padam, sistem kembali ke
keadaan normal.
Arrester ini digunakan untuk melindungi trafo distribusi bertegangan 3-15 kV,
tetapi belum memadai untuk melindungi trafo daya. selain itu digunakan juga pada
saluran transmisi untuk mengurangi besar tegangan surja petir yang masuk ke gardu
induk.
36
Gambar 3.2 Arrester Ekspulsi
Kerugian dari lightning arrester jenis ekspulsi adalah :
1. Arus yang sangat besar akan menyebabkan fiber habis terbakar dan arus
yang terlalu kecil tidak cukup untuk menghasilkan gas pada tabung untuk
mematikan bunga api.
2. Setiap lightning arrester bekerja permukaan tabung akan rusak karena
terbakar
3.6.2
Arrester Jenis Katup
Pada dasarnya lightning arrester ini terdiri dari dua buah unsur, yaitu : sela api
( spark gap ) dan tahanan tak linier atau tahanan kran ( valve resistor ) yang keduanya
dihubungkan secara seri. Batas atas dan batas bawah dari tegangan percikan
ditentukan oleh tegangan sistem maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang
37
dilindungi. Sebenarnya arrester ini terdiri dari tiga unsur, yaitu sela api, tahanan non
linier dan sistem pengaturan atau pembagi tegangan. ( Gradling system ).
Arrester jenis ini dinamakan valve arrester, sebab impedansinya dapat
mengatur sendiri untuk aliran arus dan tegangan terbatas. Perbadaan utama kedua
type expiltion dan valve yaitu untuk valve besarnya arus dibatasi oleh arrester itu
sendiri dan tidak tergantung pada kapasitas sistem. Sedangkan tipe expultion
ditentukan oleh karakteristik sistem, dari sini terlihat bahwa arrester type valve
mempunyai tingkat pengaman yang lebih tinggi.
Arrester jenis ini ummunya dipakai untuk melindungi alat-alat yang mahal
pada rangkaian, biasanya dipakai untuk melindungi trafo daya. Arrester katup ini
dibagi menjadi empat jenis, yaitu sebagai berikut. :
A. Arrester Katup Jenis Gardu
Pemakaiannya secara umum pada gardu induk besar untuk melindungi
alat-alat yang mahal pada rangkaian mulai dari 2,4-287 kV.
Gambar 3.3 Arrester Katup Jenis Gardu
38
B. Arrester Katup Jenis Saluran
Arrester jenis saluran lebih murah dari arrester gardu. Arrester jenis
saluran ini dipakai pada sistem tegangan 15-69 kV.
C. Arrester Katup Jenis Distribusi
Seperti
namanya
arrester
ini
digunakan
untuk
melindungi
transformator pada saluran distribusi. Arrester jenis ini dipakai pada peralatan
dengan tegangan 120-750 volt.
D. Arrester Katup Jenis Gardu untuk Mesin – mesin
Arrester jenis gardu ini khusus untuk melindungi mesin-mesin
berputar. Pemakaiannya untuk tegangan 2,4-15 kV.
Prinsip kerjanya arrester ini terdiri dari dua unsur sela api ( spark gap ) dan
tahanan tak linier atau tahanan kran ( valve resistor ). Keduanya dihubungkan secara
seri, batas atas dan bawah dari tegangan percik ditentukan oleh tegangan sistem
maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Seringkali persoalan ini
dapat dipecahkan hanya dengan mengetrapkan cara cara khusus pengaturan tegangan
( voltage control ) oleh karena itu sebenarnya arrester ini terdiri dari tiga unsur : sela
api, tahanan kran atau tahanan katup dan sistem pengaturan atau pembagian tegangan
( granding sistem ). Setelah diutarakan bila persoalan nya hanya tidak melindungi
isolasi terhadap bahaya kerusakan karena gangguan dengan tidak memperdulikan
akibat terhadap pelayanan, maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan
terjadinya percikan pada waktu tegangan dalam keadaan bahaya.
39
Dalam hal ini tegangan sistem bolak balik akan tetap mempertahankan busur
api sampai pemutus bebannya dibuka dengan menyambung sela api ini dengan
sebuah tahanan, maka apinya dapat dipadamkan. Tetapibila tahananya mempunyai
sebuah harga tetap, maka jatuh tegangannya menjadi besar. Pengecilan tahanan
berlangsung cepat sekali yaitu selama tegangan lebih mencapai harga puncaknya.
Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis dari pada tahanan
sehingga jatuh tegangannya dibatsi meskipun arusnya besar.
3.6.3
Arrester Jenis Seng Oksida
Arrester seng oksida yang disebut juga metal oxide arrester (MOA)
merupakan arrester yang tidak memiliki sela seri, terdiri dari satu atau lebih unit yang
kedap udara, yang masing – masing berisikan blok-blok tahanan katup sebagai
elemen aktif dari arrester.
Pada dasarnya prinsip kerja arrester ini sama dengan arrester katup. Karena
arrester ini tidak memiliki tahanan sela seri, maka arrester ini sangat bergantung pada
tahanan yang ada dalam arrester itu sendiri. Apabila terkena petir, tahanan arrester
akan langsung turun sehingga menjadi konduktor dan mengalir petir ke bumi. Namun
setelah petir lewat, tahanan kembali naik sehingga bersifat isolator.
40
Gambar 3.4 Arrester seng oksida
3.7
Prinsip Kerja Arrester
Alat pelindung yang paling sempurna adalah arrester, pada pokoknya arrester
terdiri dari dua unsur : sela api ( spark gap ) dan tahanan tak linier atau tahanan kran.
Keduanya dihubungkan secara seri batas atas dan batas bawah dari tegangan percikan
ditentukan oleh tegangan sistim maksimum dan tingkat isolasi peralatan yang
dilindungi. Bila persoalannya hanya melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan
karena gangguan tidak memperdulikan akibatnya.
41
Dalam hal ini tegangan sistim bolak balik akan tetap mempertahankan busur
api sampai pemutus bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan
sebuah tahanan mungkin apinya dapat dipadamkan. Tetapi bila tahanannya
mempunyai sebuah harga tetap maka jatuh tegangannya menjadi besar sekali
sehingga maksud untuk meniadakan tegangan lebih tidak terlaksana.
Oleh sebab itu dipakailah tahanan kran yang mempunyai sifat khusus bahwa
tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar. Proses pengecilan
tahanan berlangsung cepat sekali yaitu selama yaitu selama tegangan lebih mencapai
harga puncak puncaknya, tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan
drastis daripada tahanan sehingga jatuh tegangannya
besar.
dibatasi meskipun arusnya
42
Gambar 3.5 Spark Gap
Bila tegangan-lebih habis dan tegangan normal tinggal, tahanannya naik lagi
sehingga arus susulannya ini akhirnya dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan
sistimnya mencapai titik nol yang pertama sehingga alat ini bertindak sbagai sebuah
keran yang menutup arus. Dari sini didapatkan nama tahanan kran. Karakteristik arus
tegangan dari tahanan kran pada Gambar 3.6.
43
Gambar 3.6 Arus tahanan dari tegangan kran
Keterangan Gambar 3.6
= arus surja
= arus susulan
V
= tegangan dasar
= tegangan gagal sela
= tegangan sisa
a
= arus menaik
b
= arus menurun
1,2
= tahanan linier
3
= tahanan tidak linier
44
Pada arrester modern pemadaman arus susulan yang cukup besar ( 200-300 A)
dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini, maka baik ampiltudo
maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadamannya dapat dilakukan
sebelum tegangan sistem mencapai harga nol.
3.8
Karakteristik Arrester
Arrester dipakai untuk menetapkan BIL, maka karakteristiknya perlu
diketahui dengan jelas, sebagai berikut:
1. Mempunyai tegangan dasar (rated) 50 c/s yang tidak boleh dilampaui.
2. Mempunyai karakteristik yang dibatasi oleh tegangan ( voltage – limiting)
bila dilalui oleh berbagai macam petir
3. Mempunyai batas termis.
Sudah jelas bahwa arrester adalah sebuah peralatan tegangan dan mempunyai
dasar rating (rating) tegangan, maka ia tidak boleh dikenakan tegangan yang melebihi
dasar ini, baik dalam keadaan normal maupun dalam keadaan hubung singkat, sebab
arrester ini menjalankan fungsinya harus menanggung tegangan sistim normal dan
tegangan transien 50 c/s. karakteristik pembatas tegangan impulsdari arrester adalah
harga yang dapat ditahannya pada terminalnya bila menyalurkan arus tertentu, harga
ini dapat berubah dengan besarnya arus. Karakteristik ini harus dapat dikenal pada
waktu singkat, misalnya pada waktu terjadi percikan pada sela bila arrester mulai
bekerja (dengan adanya surja), sebelum arusnya mengalir
45
Ciri ketiga yang dulu kurang mendapat perhatian cukup adalah batas
termisnya yaitu kemampuan untuk melalukan arus surja yang berwaktu lama atau
terjadi berulang ulang, misalnya surja hubung tanpa menaikan suhunya. Meskipun
kemampuan arrester untuk menyalurkan arus sudah mencapai 65.000 – 100.000
ampere, tetapi kemampuannya untuk melalukan surja hubung, terutama bila sauran
menjadi panjang dan berisi tenaga besar adalah hal lebih penting lagi.
Berhubungan dengan hal hal diatas, maka agar supaya tekanan (stresses) pada
isolasi dapat dibuat serendah mungkin, suatu sistem perlindungan tegangan lebih
perlu memenuhi persyaratan sebagai berikut :
1. Dapat melepaskan tegangan lebh ke tanah tanpa menyebabkan hubung singkat
ke tanah ( saturated ground fault )
2. Dapat memutus arus susulan
3. Mempunyai tingkat perlindungan
( protection level ) yang rendah artinya
tegangan percikan sela dan tegangan pelepasannya rendah.
Karakteristik pelindung daripada arrester sudah dikenal sejak tahun 1937 dan
sesuai dengan perbaikan perbaikan yang dialaminya mengalami perubahan
perubahan. Yang menonjol dalam perubahan ini ialah bahwa perbandingan
perlindungannya (protective ratio) konstan dalam seluruh jangkauan (range)
tegangannya, berarti bahwa tegangan gagal sela dan tegangan pelapasan
maksimumnya sebanding dengan tegangan dasarnya untuk suatu bentuk surja
tertentu.
46
Tegangan gagal sela, disebut juga tegangan percikan pada frekuensi sistim 50
c/s harus mempunyai harga yang tinggi untuk mengurangi seminimum mungkin
pelepasan yang disebabkan oleh adanya hubung singkat ke tanah dan surja hubung.
Di dalam tabel yang dimasukan sebagai tegangan percikan ialah tegangan percikan
pada muka gelombang untuk surja yang mempunyai kecuraman muka 100 kV/µs/12
kV arrester yang diterangkan dalam standar amerika.
Tegangan pelepasan disebut juga tegangan sisa (residual) atau jatuh tegangan
IR adalah tegangan antara terminal terminal arrester bila sedang melalukan arus surja.
Yang dimasukan dalam tabel biasanya ialah tegangan sisa untuk surja arus 10 x 20µs
yang besarnya 5.000 dan 10.000 A.
Tabel 3.1 perbandingan sela gagal untuk Swedia
Tegangan Dasar Arrester *
Tegangan Sela Gagal **)
Tegangan Pelapasan
(kV)
(kV)
(sisa)***) (kV)
4
16
14.5
6
22
22
8
30
29
11
37
24
13
46
44
20
63
65
26
80
79
32
98
101
47
40
125
123
45
143
144
53
165
166
66
205
202
80
250
245
92
285
280
106
325
325
Tabel 3.2 perbandingan sela gagal untuk Perancis
Tegangan Nominal
Tegangan Sela Gagal **)
Tegangan Pelapasan (sisa)
Arrester (kV)
(kV)
(kV)
3.75
20
17
6.25
30
25
7.5
37
31
12.5
56
47
20
88
76
27.5
118
100
32.5
134
117
40
165
144
48
Tabel 3.3 perbandingan sela gagal untuk Amerika
Tegangan Dasar Arrester
* (kV)
IR pada 5.000 A *) (kV)
(1940)
(1955)
Tegangan Sela Gagal **)
(kV)
3
9
14
6
18
24
9
26
35
12
36
50
15
44
60
20
58
80
25
71
100
30
88
120
37
105
145
40
115
150
50
141
180
60
176
220
73
210
260
49
97
280
335
315
410
121
351
445
145
420
525
169
495
620
195
568
700
242
700
880
264
765
960
109
417
Kegagalan sela yang dipengaruhi oleh kecuraman tegangan yang datang
menentukan tegangan pelepasan permulaan pada arrester. Jatuh tegangan pada
elemen kran yang tergantung pada kecuraman dan besarnya arus surja menentukan
tegangan arrester pada waktu pelepasan.
50
Gambar 3.7 Berubahnya tegangan pelepasan terhadap besar dan kecepatan naiknya
arus surja
3.9
Parameter parameter Dalam Arrester
Ada beberapa parameter dalam arrester yang perlu diketahui sebagai berikut :
3.9.1
Arus pelepasan nominal ( Nominal Discharge Current )
Arus pelepasan dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang
digunakan untuk menentukan kelas dari arrester yang sesuai dengan kemampuannya
melewatkan arus.
Untuk gelombang berjalan yang datang dari saluran, arus pelepasan dalam
arrester ditentukan oleh tegangan maksimum yang diteruskan oleh isolasinya, oleh
51
ompedansi surja pada kawat, dan oleh karakterisrik dari arrester, dapat dilukiskan
dengan persamaan sebagai berikut :
Iα=
………………………………………………………….(3.1)
Dimana :
Iα
= Arus pelepasan arrester (kA/µs)
E
= Besarnya tegangan surja yang datang (Kv/µs)
Eα
= Tegangan terminal arrester (Kv)
Z
= Impedansi surja (Ω)
Dengan kecuraman gelombangnya :
…………………………………………………………………………..(3.2)
Menurut IEC, bentuk pelepasan arus gelombang adalah 8µs/ 20 us dengan
kelas arrester :

Kelas arus 10 kA
Untuk perlindungan gardu induk yang besar dengan frekuensi sambaran petir
yang cukup tinggi dengan tegangan sistem diatas 70 kv

Kelas arus 5 kA
Untuk tegangan sistem dibawah 40 kV
52

Kelas arus 2,5 kA
Untuk gardu gardu kecil dengan tegangan sistem dibawah 22 kV, dimana
pemakaian kelas 5 kA tidak ekonomis lagi.

Kelas arus 1,5 kA
Untuk melindungi trafo trafo kecil di daerah – daerah pedalaman.
3.9.2
Tegangan Pengenal Lightning Arrester
Untuk menentukan tegangan pengenal arrester dapat menggunakan rumus :
= ( V kerja arrester x koefisien pentanahan ) x 110 % …………..(3.3)
Dimana,
Ea : Tegangan pengenal arrester
V kerja arrester : Tegangan sistem
Koefisien pentanahan : 0.8 untuk sistem yang ditanahkan langsung
: 1.0 untuk sistem yang tidak ditanahkan langsung
3.9.3
Tegangan Frekuensi Jala Jala (power frequensi spark over voltage)
Arrester tidak boleh bekerja pada gangguan tegangan lebih dalam amplitude
yang rendah karena dapat membahayakan sistem. Untuk alasan ini maka ditentukan
tegangan frekuensi jala jala minimum.
Menurut standar IEC tegangan frekuensi jala jala minimum adalah :
53
1,5 X tegangan pengenal arrester ………………………………………...(3.4)
3.9.4
Tegangan Percikan Impuls Maksimum (Maximum Impuls Spark Over
Voltage)
Tegangan gelombang impuls tertinggi yang terjadi pada terminal arrester
sebelum arrester bekerja. Hal ini menunjukan jika tegangan puncak surja petir yang
datang mempunyai harga yang lebih tinggi atau sama dengan tegangan percikan
maksimum dari arrester, maka arrester tersebut akan bekerja memotong surja petir
dan mengalirkannya ke tanah.
3.9.5
Tegangan Sisa (Residual Voltage)
Tegangan yang timbul diantara terminal arrester pada saat arus petir mengalir
ke tanah. Tegangan sisa dari suatu arrester tertentu tergantung pada kecuraman
gelombang yang datang (
dalam A/µs ) dan amplitude dari arus pelepasan. Untuk
harga arus pelepasan yang lebih tinggi maka tegangan sisa ini tidak akan naik lebih
tinggi lagi. Hal ini disebabkan karena karakteristik tahanan yang tidak linier dari
arrester. Umumnya tegangan sisa tidak akan melebihi TID ( Tingkat Isolasi Dasar )
atau BIL ( Basic Insulation Level ) dari peralatan yang dilindungi.
3.9.6
Arus Pelepasan Maksimum (Maximum Discharge Current)
Arus surja maksimum yang dapat mengalir melalui arrester sebelum
tembusnya sela seri tanpa merusak atau merubah karakteristik dari arrester.
3.10
Kordinasi Isolator
54
Kordinasi isolator didefinisikan antara kemampuan peralatan peralatan listrik
dan rangkaian listrik dari satu pihak dan alat alat proteksi di lain pihak yang
dihubungkan sedemikian rupa sehingga isolasi dari peralatan peralatan tersebut
terlindung dari bahaya tegangan lebih.
Secara keseluruhan isolasi peralatan harus dikoordinasikan sedemikian rupa
sehingga menjamin peralatan tersebut tetap aman ketika terjadi gangguan tegangan
lebih. Koordinasi isolasi yang baik akan menjamin bahwa isolasi peralatan akan
mampu menahan tegangan kerja sistem yang normal dan tidak normal yang mungkin
terjadi pada sistem.
Masalah koordinasi isolasi pada sistem tenaga menyangkut :
1. Penentuan tingkat isolasi dari isolasi hantaran
2. Menentukan Tingkat Isolasi Dasar (TID) dari peralatan
3. Pemilihan dan letak arrester.
3.10.1 Penentuan Tingkat Isolasi Hantaran
Penentuan isolasi dari hantaran harus mempertimbangkan kemungkinan
terjadinya tegangan lebih petir, tegangan lebih swithing dan tegangan lebih frekuensi
jala jala. Isolasi hantaran udara harus cukup tinggi untuk mencegah terjadinya
kegagalan yang disebabkan oleh tegangan lebih switching dan tegangan lebih
frekuensi jala-jala dengan memperhatikan pengaruh lingkungan atau alam
dapat menurunkan tegangan tembus dari isolator
yang
55
1. Usaha Penanggulangan Terhadap Sambaran Petir Langsung
Diantara tegangan lebih akibat petir, sambaran langsung pada rel suatu gardu
induk atau saluran transmisi dekat kepada gardu induk merupakan bahaya besar
terhadap gardu induk. Lagi pula sangat sukar mengamankan gardu induk itu
sepenuhnya dengan menggunakan arrester. Sambaran langsung itu memang sangat
kecil, tetapi jika terjadi keruakan yang ditimbulkan sangat hebat sekali. Oleh karena
itu gardu gardu yang penting dan saluran – saluran di dekatnya harus diamankan
terhadap sambaran langsung dengan mengadakan perlindungan yang cukup dengan
kawat tanah dan pengtanahan yang rendah
2. Usaha Penanggulangan Terhadap Gelombang Yang Datang Dari Saluran
Penanggulangan terhadap gelombang petir yang memasuki gardu induk dari
saluran transmisi dilakukan dengan mengamankan peralatan terhadap tegangan lebih
itu dengan menggunakan arrester dan dengan memberikan kepada peralatan itu
kekuatan isolasi terhadap tegangan impuls yang lebih besar dari tingkatan
pengamanan arrester.
3.10.2 Menentukan Tingkat Isolasi Dasar (TID) Dari Peralatan Pada Gardu
Induk
Berdasarkan pada kesepakatan komite bersama AIEE – IEC – NEMA,
Tingkat Isolasi Dasar (TID) didefinisikan sebagai berikut : “ tingkat isolasi dasar
adalah suatu tingkat referensi yang dinyatakan dalam tegangan puncak dengan
standar gelombang dari 1,2 x 50µs, sehingga isolasi dari peralatan peralatan listrik
56
mempunyai karakteristik tahanan impuls sama atau lebih tinggi dari isolasi dasar
tersebut”.
Sebagian besar peralatan di Gardu Induk sperti trafo, pemutus daya, saklar
pemisah, trafo arus, trafo tegangan dibuat dengan tingkat isolasi yang sama kecuali
tarafo yang kadang kadang diproduksi dengan isolasi yang rendah dengan alas an
ekonomis dan trafo umumnya dilindungi langsung oleh arrester.
Peralatan peralatan ayang terletak di luar daerah lindung arrester akan di
berikan TID satu tingkat lebih tinggi . pada umumnya tingkat isolasi dari peralatan di
gardu seperti pemutus daya, busbar, saklar pemisah, trafo pengukuran mempunyai
TID 10% lebih tinggi dari TID trafo.
3.10.3 Pemilihan Dan Letak Lightning Arrester
Untuk penyederhanaan dalam pemilihan arrester ditetukan terlebih dahulu
langkah langkah yang diperlukan :
1. Menentukan besarnya tegangan lebih satu phasa ke tanah atau tegangan lebih
lain sebagai akibat kerja sistem yang tidak normal pada lokasi dimana arrester
dipasang.
2. Membuat perkiraan besarnya tegangan arrester (Eα).
3. Memilih arus impuls yang diperkirakan akan dilepas melalui arrester.
4. Menentukan tegangan pelepasan maksimum ( tegangan kerja, tegangan sisa )
dari arrester untuk arus impuls dan jenis penangkap petir yang dipilih.
57
5. Menentukan tingkat ketahanan tegangan impuls gelombang penuh dari
peralatan yang akan dilindungi.
6. Memastikan bahwa tegangan kerja arrester berada dibawah TID peralatan
dengan faktor perlindungan yang cukup.
7. Menentukan jarak perlindungan antara arrester dengan peralatan yang akan
dilindungi.
Tabel 3.4 jarak maksimum antar arrester beragam tingkat tegangan
Daya pengenal arrester
Tegangan
Nominal
BIL (kv)
(kv)
66
132
220
Jarak maksimum yang di izinkan
80 %
90%
100%
350
35
30
25
550
35
-
-
650
60
45
35
900
60
-
-
1050
100
75
55
Untuk menentukan tegangan arrester terdapat 2 hal yang harus diperhatikan yaitu:
58
1. ketahanan arrester terhadap frekuensi kerja yaitu terutama pada saat terjadi
gangguan satu fasa ke tanah, tegangan fasa yang tidak terganggu akan naik
tergantung sistem pentanahannya.
2. Didasarkan pada pengaman terhadap alat yang diamankan, apa yang disebut
sebagai savety margin.
3.10.4 Penempatan Arrester Pada Gardu Induk Gandul 150 Kv
Arrester yang berfungsi sebagai pengaman terhadap tegangan lebih dari
sambaran petir secara langsung maupun secara induksi harus dapat mengamankan
peralatan utama pada instalasi gardu induk seperti transformator, pemutus tegangan,
trafo arus, trafo tegangan, peralatan untuk sistem informasi pada GI (wafe trap) serta
peralatan lainnya.
Penempatan arrester harus dirancang sedemikian rupa sehingga peralatan
tenaga listrik yang diamankan (dilindungi) pada gardu induk terhadap tegangan lebih
akibat sambaran petir tidak mengalami kerusakan.
Gambar 3.8 konstruksi pemasangan arrester pada gardu induk gandul
59
Gardu induk gandul 150 kv merupakan salah satu jenis gardu induk tipe
konvensional yaitu gardu yang terdiri dari semua instalasi peralatan gardunya (switch
yard ) dipasang pada lapangan terbuka. Keuntungan menggunakan gardu induk tipe
konvensional adalah bersifat fleksibel.
Pemeliharaan pada setiap peralatan dapat dilakukan dengan mudah,
sedangkan kerugian menggunakan gardu induk tipe konvensional adalah lahan yang
lebih luas dan lebih sering mengalami gangguan.
3.10.5 Jarak Maksimum Arrester
meskipun yang paling baik adalah menenpatkan arrester sedekat mungkin
dengan alat yang dilindungi, tetapi dalam praktiknya kadang kadang hal ini tidak
dimungkinkan. Jika jarak itu terlalu jauh, tegangan abnormal yang sampai pada
terminal dari peralatan akan lebih tinggi dari pada tegangan pelepasan arrester.
Gambar 3.9 Jarak tansformator dan arrester
60
Hubungan antara tegangan terminal dari alat yang dilindungi dan jarak dari
arrester adalah sebagai berikut:
=
+ 2.µ.x/ v……………………………………………………………….(3.5)
Dimana :
= Tegangan terminal dari peralatan yang dilindungi (kV)
= Tegangan pelepasan dari arrester (kV)
µ
= Kecuraman gelombang dari gelombang yang datang (Kv/µs)
V
= Kecepatan rambat gelombang yang datang (m/µs)
X
= Jarak dari arrester ke alat yang dilindungi (m)
3.10.6 Kegagalan Arrester
Pada keadaan normal arrester harus berfungsi sebagai isolator, tetapi dalam
keadaan gangguan ( terjadinya tegangan lebih ) maka arrester dengan secepat
mungkin akan berfungsi sebagai konduktor untuk mem by pass tegangan lebih yang
timbul dan mampu memutus arus susulan yang terjadi maka dengan secepat mungkin
arrester berfungsi kembali sebagai isolator.
Kegagalan arrester untuk mengalirkan tegangan lebih ketanah akan
mengakibatkan rusaknya peralatan pada gardu induk. Beberapa faktor yang
61
mengakibatkan gagalnya arrester bekerja untuk mengamankan peralatan tegangan
lebih yaitu :
1. Tahanan pada arrester
2. Tabung arrester
3. Tegangan dasar maximum
4. Penurunan tingkat isolator