PERBANDINGAN WATAK PERLINDUNGAN ARESTER ZnO DAN

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