BAB II - UMY Repository

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1
Tinjauan Pustaka
Yogi Krisna (2013) meneliti tentang karakteristik arester sebagai perlindungan pesawat
telepon. Saat terjadi perbedaan muatan yang besar di awan, maka akan terjadi pula area listrik.
Seperti awan, area listrik pada bagian bawah bermuatan negatif dan bagian atas bermuatan
positif. Bersamaan dengan proses benturan dan pembekuan yang terjadi, perbedaan muatan pada
bagian atas dan bawah terus meningkat. Area listrik ini semakin lama semakin menguat, sangat
menguat sehingga elektron pada permukaan bumi terpukul lebih dalam ke bumi oleh muatan
negatif pada bagian bawah awan. Proses ini menyebabkan permukaan bumi membutuhkan
muatan positif yang sangat kuat. Semua yang dibutuhkan adalah jalur konduksi bagian bawah
awan yang bermuatan negatif untuk kontak dengan bumi yang bermuatan postif, ini dapat
menyebabkan pembentukan jalur sendiri.
Devia Eka Yunida, T.Haryono (2014) meneliti tentang tegangan residu keping arester
sebagai fungsi dari cacah keping arester. Pembagi tegangan berfungsi untuk memperkecil
tegagan agar dapat diamati menggunakan alat ukur yang ada, dalam hal ini adalah osiloskop.
Osiloskop memiliki kemampuan dalam membaca besar tegangan. Pengukuran dalam tegangan
tinggi, level tegangan harus diturunkan agar osiloskop mampu untuk menunjukkan gelombang
yang dihasilkan pada pengujian yang dilakukan.
Diah Surwati (2015) meneliti tentang dampak pemberian tegangan impuls berulang
terhadap tingkat perlindungan arester tegangan rendah. Arus bocor akan semakin besar dengan
meningkatnya puncak impuls tegangan dan banyak cacah impuls yang diterpakan pada arester.
Besar tegangan puncak dan banyaknya cacah impuls yang diterpakan pada arester
mempengaruhi besar tegangan residu aresterdan tingkat perlindungan (margin) arester dalam
melindungi peralatan listrik.
2.2
Dasar Teori
2.2.1 Fenomena Petir
Petir merupakan fenomena alam yang umumnya terjadi pada saat musim hujan, yang
diawali dengan adanya kilatan cahaya. Beberapa saat kemudian disusul dengan suara
menggelegar yang disebut guruh. Petir terjadi pada saat musim penghujan karena udara
mengandung lebih banyak kadar air, yang mengakibatkan daya isolasi udara turun dan arus lebih
gampang melewati. Petir merupakan suatu gejala pelepasan muatan listrik yang terjadi di udara,
antara awan dengan awan, antara pusat muatan yang berbeda di dalam awan yang sama, atau
antara awan dengan tanah. Pelepasan muatan lebih banyak terjadi di dalam awan yang sama atau
antar awan yang berbeda. Pelepasan muatan listrik yang terjadi antara awan dengan tanah relatif
lebih sedikit. Pelepasan tersebut walau relatif lebih jarang terjadi tetapi dapat menimbulkan
kerusakan pada benda-benda yang terkena sambaran di permukaan tanah. Petir juga dapat
dikatakan sebagai kapasitor raksasa yang menyimpan muatan, lempeng pertama berupa awan
dan lempeng ke dua adalah bumi. Kapasitor memiliki sifat dapat menyimpan energi. Petir juga
dapat terdiri dari awan yang muatannya berkebalikan (Krisna, 2013).
Sambaran petir dapat mengakibatkan lumpuhnya perekonomian suatu negara, karena
sebagian besar aktivitas yang dilakukan menggunakan listrik sebagai sumber kebutuhan primer.
Maka dari
itu kerusakan yang diakibatkan oleh sambaran petir harus dapat diminimalisir.
Sambaran petir yang terjadi pada jaringan tengangan rendah, dapat merusak peralatan elektronik
yang terdapat di rumah, misalnya televisi, radio, dan lain lain.
Untuk melindungi dan mencegah kerusakan peralatan elektronik dari sambaran petir
diperlukan alat yang biasa digunakan untuk melindungi peralatan listrik dari surja petir yang
sangat besar tersebut adalah arester (surge diverter). Untuk melindungi peralatan elektronik yang
terdapat dalam rumah tangga, digunakan arester tegangan rendah atau biasanya disebut piranti
pelindung surja (Surge Protective Device). Piranti pelindung surja banyak dijual dipasaran,
sehingga memudahkan pembelian. Tetapi kelayakan piranti pelindung surja tersebut masih perlu
dilakukan pengujian dengan tegangan impuls petir. Pengujian tersebut bertujuan untuk
pembuktian apakah piranti pelindung surja tersebut dapat melindungi peralatan rumah tangga
dengan baik. Terdapat berbagai merek piranti pelindung surja yang dijual di pasaran. Tingkat
proteksi piranti pelindung surja yang terdapat di pasaran dapat diketahui dengan menguji
tegangan residu piranti pelindung surja, sehingga apakah piranti pelindung surja yang dipilih
benar-benar dapat melindumgi peralatan listrik.
Dilihat dari sambarannya, terdapat dua jenis tegangan lebih yang disebabkan oleh petir,
yaitu:
1. Sambaran Langsung
Petir menyambar langsung gedung atau obyek misal sambaran ke instalasi
industri atau pipa metal. Pada jenis sambaran ini, obyek tersebut akan dialiri seluruh
arus petir.
2. Sambaran Tidak Langsung
Petir tidak menyambar objek langsung, namun menyambar daerah disekitar,
sehingga timbul gelombang berjalan yang menuju ke peralatan elektronik. Sistem
proteksi akan dialiri oleh sebagian kecil arus petir.
2.2.2 Mekanisme Terjadinya Petir
Petir merupakan kejadian alam dimana terjadi loncatan muatan listrik antara awan dengan
bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan pengumpulan uap air di dalam awan.
Karena perbedaan temperatur yang besar antara bagian bawah awan dengan bagian di atas nya,
butiran air bagian bawah yang temperaturnya lebih hangat berusaha berpindah ke bagian atas
sehingga mengalami pendinginan dan membentuk kristal es. Kristal es yang lebih berat dari pada
butiran air berpindah ke bagian bawah. Kristal es yang turun dan butir air yang naik saling
mendesak sehingga timbul gesekan yang menimbulkan pemisahan muatan. Butir air yang
bergerak naik membawa muatan positif sedangkan kristal es membawa muatan negatif sehingga
terbentuk awan yang mirip dengan dipole listrik. Pada saat tegangan antara ujung awan sudah
cukup besar terjadilah pelepasan muatan listrik. Untuk lebih jelasnya, dalam proses terjadinya
petir lebih jelasnya dibagi menjadi 5 tahap, yaitu :
1. Evaporasi
Evaporasi merupakan proses air akan menyerap panas dan selanjutnya akan
memuai dalam bentuk uap. Saat molekul air terbebas maka pemuaian akn terjadi dan
menuju atmosfer.
2. Kondensasi
Kondensasi merupakan proses saat gas memuai dan kehilangan panas kemudian
berubah bentuk menjadi cair. Pemuaian gas naik ketempat yang lebih tinggi, suhu udara
di lingkungan sekitar akan semakin menurun dan menyebabkan proses kondensasi
kembali ke bentuk cair. Dapat dilihat pada gambar berikut :
Gambar 2.1. Proses Kondensasi dan Evaporasi
Sumber: https://meisyputriananda.wordpress.com/author/meisyputriananda/
3. Badai Listrik
Pada proses siklus air, kelembaban terakumulasi di atmosfer. Akumulasi tersebut
biasanya dinamakan sebagai awan. Dalam proses evaporasi dan kondensasi berlangsung,
butiran air berbenturan dengan awan lain yang sedang dalam proses kondensasi yang
menuju ke atas. Pada saat benturan terdapat elektron jatuh. Elektron baru yang jatuh
terkumpul pada bagian bawah, memberikan muatan negatif. Awan yang kehilangan
elektron dan menuju ke atas membawa muatan positif.
Perbedaan muatan yang besar di awan menimbulkan area listrik. Area listrik pada
bagian bawah bermuatan negatif dan pada bagian atas akan bermuatan positif. Area
listrik ini akan terus menguat hingga elektron pada permukaan bumi terpukul lebih dalam
ke bumi oleh muatan negatif pada bagian bawah awan. Hal ini menyebabkan permukaan
bumi membutuhkan muatan positif yang yang sangat kuat. Jalur konduksi akan terbentuk
pada bagian awan yang bermuatan negatif menuju bumi yang bermuatan positif
(Krisna,2013).
Gambar 2.2. Badai Listrik
Sumber: http://ramliyana-fisika.blogspot.co.id/2013/04/proses-terjadinyapetir.html
4. Ionisasi Udara
Ionisasi terjadi saat elektron dan ion positif terpisah sangat jauh dibanding bentuk
struktur atomiknya. Intinya elektron-elektron telah terbongkar dari struktur molekuler
dari udara yang tidak terionisasi. Area listrik yang sangat kuat saat terjadinya petir
menyebabkan udara di sekitar awan mengalami dadal isolasinya, sehingga akan
membentuk jalur-jalur pendek dari awan ke bumi seolah ada jalur logam yang panjang
yang menghubungkan awan dan bumi. Gambar 2.3 menunjukan proses ionisasi di awan.
Gambar 2.3. Proses ionisasi di awan
Sumber: http://tikarestipratiwi.blogspot.co.id/2013/02/bagaimana-terjadi-petirfenomena-fisika.html
5. Stepp Leader Pattern
Stepped leader merupakan urutan pelepasan listrik,yang bercahaya. Kecepatan
penyebaran cahaya stepped leader sekitar 15% sampai 20% kecepatan cahaya dan
berlangsung sekitar 50 mikrosekon. Stepped leader akan mencapai permukaan bumi dan
mengenai objek di permukaan bumi.
Stepped leader terdiri dari 2 bagian, yaitu downward streamer dan upward
streamer. Downward streamer merupakan suatu proses pelepasan muatan dari atas ke
bawah. Upward streamer merupakan suatu proses pelepasan muatan menuju ke atas.
Ketika downward streamer sudah mencapai jarak sambaran (striking distance) maka
terbentuk koneksi ke objek yang tersambar dan juga menghubungkan ujung stepped
leader. Setelahnya akan terjadi sambaran balik dari bawah (bumi) ke objek yang ada di
atas (awan) dan melepas muatan. Sambaran yang menuju ke atas disebut upward
streamer (Rezansyah, 2014).
2.2.3 Bentuk Gelombang Petir
Jika kita mencermati petir secara sekilas, sambaran petir tidak berlangsung lama, hanya
terjadi beberapa detik bahkan milidetik saja. Ini menandakan bahwa keadaan sambaran petir
pada puncaknya terjadi dalam waktu yang singkat. Tegangan petir dapat mencapai 100 kV
dengan arus yang dihasilkan sampai sekitar 100 kA untuk waktu kurang dari satu sampai
beberapa puluh mikrodetik.
Menurut standar Jepang (1994) titik nol sebuah tegangan impuls adalah perpotongan
antara sumbu waktu dengan garis lurus yang menghubungkan titik-titik 10% dan 90% dari
tegangan puncak. Bentuk umum gelombang surja petir dapat dilihat pada gambar 2.4 sebagai
berikut :
V s : tegangan puncak
T t : ekor gelombang
T f : muka gelombang
0.9
Vs
0,5
0,3
Tf
Tt
Gambar 2.4. Bentuk umum gelombang surja petir (Arismunandar, 2001)
Muka gelombang didefinisikan sebagai bagian dari gelombang yang dimulai dari titik nol
(nominal) sampai titik puncak sedangkan sisanya disebut ekor gelombang. Setengah puncak
gelombang adalah titik-titik pada muka dan ekor, tegangannya adalah setengah titik puncak (titik
0,5). Menurut standar Jepang lamanya muka gelombang didefinisikan sebagai hasil bagi antara
lamanya tegangan naik 10% sampai 90% dari puncak (Arismunandar, 2001).
2.2.4 Tegangan Lebih Pada Sistem Tenaga Listrik
Tegangan tinggi yang dialami oleh sistem tenaga listrik dapat berupa tegangan tinggi
normal dan tegangan tinggi lebih. Tegangan tinggi normal adalah tegangan yang dapat ditahan
oleh sistem dalam waktu yang tak terhingga. Sedangkan tegangan lebih (over voltage)
merupakan tegangan yang hanya dapat ditahan sistem dalam waktu yang terbatas.
Tegangan lebih berdasarkan sebabnya digolongkan menjadi dua, yaitu tegangan lebih
dalam dan tegangan lebih luar. Tegangan lebih dalam disebabkan oleh operasi switching dan
gangguan tidak simetris terutama pada sistem yang netralnya tidak ditanahkan. Sedangkan
tegangan lebih luar biasanya berasal dari gangguan yang terjadi di atmosfer, contoh utamanya
adalah sambaran petir.
Dalam perancangan sebuah sistem kelistrikan selalu terdapat sistem proteksi untuk
melindungi dari tegangan lebih, salah satunya yaitu arester. Arester dirancang untuk melindungi
sistem dari tegangan lebih yang biasanya datang dari luar, yaitu sambaran petir.
2.2.4.1 Tegangan Lebih Surja Hubung
Tegangan lebih surja hubung (switching over voltage) adalah peristiwa munculnya
tegangan lebih yang diakibatkan karena proses pensaklaran (switching) dalam keadaan
bertegangan. Tegangan ini merupakan tegangan lebih transien.
2.2.4.2 Tegangan Lebih Sementara
EEE Standard 1.313,1-1996 mendefinisikan tegangan lebih sementara sebagai osilasi
tegangan fase ke tanah atau tegangan fase ke fase yang berosilasi pada lokasi tertentu dari durasi
yang relatif lama (detik, bahkan menit), tidak teredam (undamped) atau teredam lemah.
Tegangan lebih sementara biasanya diakibatkan oleh pensaklaran (switching) atau penghilang
gangguan (fault clearing) misalnya pada pelepasan beban (load rejection), efek harmonik,
gangguan fase tunggal, gangguan pada sistem pentanahan dan tahanan tinggi maupun sistem
yang tidak ditanahkan.
2.2.4.3 Tegangan Lebih Petir
Tegangan lebih petir (lightning overvoltage) atau yang biasanya disebut surja petir
merupakan tegangan yang amplitudonya naik dalam waktu sangat singkat (hanya beberapa puluh
atau beberapa ratus mikrodetik) dan turun secara perlahan. Surja petir memiliki amplitudo
tertinggi dibandingkan dengan tegangan lebih lainnya. Arus yang dihasilkan sampai sekitar 100
kA untuk waktu muka kurang dari satu sampai dengan beberapa puluh mikrodetik. Surja petir
dapat menyebabkan kerusakan pada jaringan tegangan rendah dan peralatan elektronik tegangan
rendah.
2.2.4.4 Tegangan Lebih Transien
Definisi tegangan lebih sementara menurut Kyle G. King (2004) yang mengacu juga
pada standar IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers) No. 1313.1-1996 adalah
tegangan transien teredam yang mengalami osilasi maupun tidak berosilasi serta memiliki durasi
yang sangat singkat, sekitar beberapa milidetik atau bahkan kurang.
Durasi tegangan lebih transien dapat dibagi menjadi 2, yaitu tegangan lebih transien
dengan durasi yang lebih singkat dan lebih lama. Tegangan transien yang berdurasi lebih singkat
mensimulasikan efek surja petir. Jenis tegangan pengujian ini besarnya menuju nilai pucak
selama 1,2 mikrodetik dan berkurang menjadi sekitar setengahnya (50%) dari nilai pucak selama
50 mikrodetik, sehingga dapat disebut sebagai gelombang 1,2/50 mikro detik. Tingkat ketahanan
tegangan terhadap bentuk gelombang uji ini disebut sebagai Basic Lightning Impuls Insulation
Level (BIL). (King, 2004)
Sedangkan untuk tegangan lebih transien dengan durasi waktu yang lebih lama
mensimulasikan efek surja hubung (switching). Tegangan pengujian ini naik menuju nilai puncak
dalam 250 mikrodetik dan berkurang menjadi sekitar setegahnya (50%) dari nilai puncak selama
2500 mikrodetik. Tingkat ketahanan tegangan terhadap bentuk gelombang uji ini disebut sebagai
Basic Switching Impuls Insulation Level (BSL). (King, 2004).
2.2.5 Tegangan Impuls
Tegangan impuls merupakan tegangan aperiodik dimana amplitudo tegangan naik dalam
waktu yang sangat singkat dan penurunan yang lambat menuju nilai nol. Karakteristik yang
demikian menyerupai sifat tegangan lebih petir. Berikut ini adalah karakteristik gelombang
impuls yang disertakan juga dengan gambar gelombang petir yang diperlihatkan pada Gambar
2.4 :
1. Puncak gelombang yaitu amplitudo maksimum gelombang.
2. Muka gelombang, Tf (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak.
3. Ekor gelombang, yaitu bagian di belakang puncak.
Gambar 2.5. Rangkaian Pembangkit Tegangan Impuls
2.2.5.1. Pembangkitan Tegangan Impuls
Pembangkitan Tegangan Impuls diperlukan dalam pengujian tegangan tinggi untuk
mensimulasikan tegangan lebih, baik itu internal maupun eksternal. Pada pengujian yang
dilakukan, tegangan tinggi impuls dikenai ke catu daya pengisi baterai handphone yang termasuk
sebagai sebagai salah satu peralatan listrik yang berada di rumah, jenis sambaran di setting pada
tegangan impuls yang tidak terlalu tinggi, yaitu berkisar pada tegangan puncak impuls sebesar
500 V sampai 4kV, ini disesuaikan dengan pemakaian arester yang difungsikan untuk
melindungi peralatan elektronik yang ada di rumah, sambaran petir yang lebih tinggi sudah di
proteksi oleh lightning arester pada jaringan yang mempunyai rating arester yang lebih tinggi
untuk menahan sambaran petir.
2.2.5.2. Elemen Pembangkit Tegangan Impuls Petir
Secara garis besar, elemen-elemen pembangkit tegangan impuls petir terdiri dari tiga
bagian yaitu sumber tegangan searah, resistor tegangan tinggi dan kapasitor tegangan rendah.
1. Sumber Tegangan Searah
Pembangkit tegangan impuls petir memerlukan tegangan input berupa tegangan
DC. Tegangan DC ini didapat dari tegangan keluaran elemen sumber tegangan searah
yang merupakan hasil penyearah tegangan tinggi transformator step-up tegangan tinggi
melalui rangkaian penyearah.
2. Resistor Tegangan Tinggi
Resistor tegangan tinggi digunakan sebagai resistor pemuat, resistor pembentuk
gelombang dan resistor ukur. Salah satu jenis resistor tegangan tinggi yang cocok untuk
beberapa penggunaan, dibentuk dengan menghubungkan beberapa resistor tegangan
rendah secara seri.
3. Kapasitor Tegangan Tinggi
Kapasitor tegangan tinggi digunakan pada rangkaian penyearah dan pembangkit
sebagai penyimpan energi. Kapasitor digunakan karena dapat dibuat untuk tegangan
tinggi dengan rugi-rugi daya yang rendah.
4. Sela Bola
Sela bola berfungsi sebagai tempat lewatnya muatan saat terjadi pelepasan muatan
kapasitor sumber. Sela bola terbuat dari bahan campuran kuningan. Pada kontruksi sela
bola, kontruksi dibuat sedemikian rupa sehingga dapat mudah diatur jarak antara masingmasing bola untuk memudahkan pengoperasian pembangkitan.
5. Untai Trigger
Untuk melepaskan muatan kapasitor sumber dalam bentuk percikan pada sela
bola, untuk menghantarkan tegangan impuls. Diperlukan untai trigger untuk
mengendalikan pelepasan muatan tersebut. Untai trigger terdapat pada sela pertama pada
rangkaian pembangkit atau bisa juga disebut starting gap.
2.2.6 Arester
Arester adalah suatu alat yang berfungsi sebagai pelindung sistem tenaga listrik dari
tegangan lebih yang sering terjadi. Arester di desain untuk dapat menahan tegangan lebih untuk
waktu yang tak terbatas dan harus melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan
sendiri. Perlindungan arester dimaksudkan untuk melindungi jaringan dari tegangan lebih, baik
yang berasal dari eksternal yaitu misalnya petir, maupun internal yaitu misalnya surja hubung
yang disebabkan oleh lepas beban dan fluktuasi beban, secara umum, cara bekerja arester adalah
dengan cara membatasi tegangan yang lewat dan menyalurkanya ke tanah. Pemasangan arester
ini di lakukan di sekitar bahan isolator dari sebuah jaringan listrik, dapat diartikan bahwa arester
merupakan jalur pintas yang mudah untuk dilalui tegangan lebih agar mengalir ke tanah.
Arester bekerja pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi untuk membuang muatan
listrik dari surja petir dan berhenti beroperasi pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi
agar tidak terjadi arus pada tegangan operasi, dan perbandingan dua tegangan ini disebut rasio
proteksi arester.
Gambar 2.6. Piranti pelindung surja hubung OBO V20-C atau arester
2.2.6.1. Sejarah Arester
Berikut ini beberapa jenis arester sesuai dengan perkembangan zaman :
1. Arester Sela Batang
Arester jenis ini mulai diproduksi untuk kepentingan komersial sekitar tahun 1890
oleh Perusahaan Listrik Stanly di Massachusetts. Rating arester ini 1,2 kV dan terdiri atas
suatu desain sela batang sederhana. Kelemahan arester jenis ini yaitu tidak mempunyai
kapabilitas untuk memutus sistem arus, sehingga pemutusan dilakukan pada gardu.
2. Arester dengan Resistans Linier
Arester jenis ini mulai diperkenalkan pada awal tahun 1900. Arester ini
menggunakan bahan dasar non-arcing, seperti tembaga dan kuningan. Pada arester
dengan resistans linier masih menggunakan multigap untuk memisahkan kondisi surja
dan kondisi normal.
3. Arester Non-Linier
Arester ini bekerja secara otomatis dalam naik dan turunnya resistens. Terdapat 2
bagian pokok pada arester ini, yaitu multigap dan elemen katup yang berupa resistans
non-linier.
4. Arester Bahan Silikon Karbida
Pada tahun 1930, yaitu awal dimulai nya era modern bagi perkembangan arester,
yaitu mulai dikenalnya Silicon-Carbide (SiC). Pengenalan arester dengan menggunakan
bahan utama ini pertamakali oleh Ohio Brass pada tahun 1957 dengan tipe Ohio Brass
tipe GP seri III yang dibuat dari tahun 1957 sampai 1984, selain itu juga ada Ohio Brass
tipe MP dan tipe MPR eri V.
5. Arester Oksida Logam
Pada tahun 1970 bahan arester yang diperkenalkan adalah Zinc-Oxide (ZnO),
arester ini terdiri dari piringan-piringan elemen ZnO yang tersusun seri, sehingga
kontruksi lebih sederhana. Bahan dasar arester jenis ini terdiri dari 90% adalah ZnO dan
sisanya adalah unsur-unsur oksida lainya seperti CaO dan Bi203.
ZnO mempunyai sifat ketidak linieran dalam jangkauan arus yang besar.
Karakteristik ketidak linieran elemen ZnO menghasilkan arester tanpa celah-celah percik
sehingga mampu melindungi peralatan dari tegangan yang paling tinggi.
2.2.6.2. Prinsip Kerja Arester
Arester terdiri dari dua bagian yaitu sela api (spark gap) dan tahanan non-linier atau
tahanan kran (valve resistor). Keduanya dihubungkan secara seri, batas atas dan batas bawah
tegangan percikan ditentukan oleh tegangan maksimum dan tingkat isolasi peralatan yang
dilindungi.
Sela api (spark gap) pada arester bekerja sama dengan tahanan non-linier untuk
memotong tegangan lebih surja petir. Pada awalnya busur api muncul ketika tegangan surja petir
melebihi tegangan yang dapat ditahan oleh sela api. Busur api akan tetap muncul sampai
pemutus beban di buka (disconnect). Arester sangat dibutuhkan pada sistem distribusi. Jika
desain arester hanya terdiri dari sela api saja, maka setiap muncul busur api maka sistem akan di
disconnect. Sistem disconnect berarti aliran listrik akan terputus, sehingga pelayanan pun
menjadi terganggu.
Pada sistem distribusi desain arester dipasang tahanan non-linier secara seri dengan sela
api. Pada kondisi normal, tahanan ini nilainya sangat besar sehingga aliran distribusi listrik tidak
akan mengalir ke arester melalui terminal penghantarnya. Ketika arester terkena tegangan surja
petir yang nilainya membahayakan sistem, tahanan non-linier akan mengecil secara drastis
sehingga arus yang sangat besar akibat tegangan surja petir tersebut akan mengalir ke arester
melalui terminal penghantar, untuk selanjutnya disalurkan ke tanah. Tahanan non-linier
berfungsi untuk mempertahankan tegangan pada tegangan sisa arester tersebut. Hal ini sesuai
dengan sifat tahanan non-linier, yaitu mengecil sangat drastis ketika tegangan surja petir muncul,
maka jatuh tegangan pada terminal arester akan menjadi minimal, sehingga sistem tidak diterpa
kelebihan tegangan yang melebihi tegangan maksimalnya.
Koordinasi antara sela api dan tahanan non-linier terjadi ketika tegangan lebih sudah
habis. Saat tegangan lebih habis, tahanan non-linier akan naik kembali. Sehingga arus susulan
yang muncul harus dibatasi kira-kira sampai 50 ampere. Pembatasan arus hingga mencapai titik
nol dilakukan oleh sela api dengan cara menutup arus susulan. Setelah arus mencapai titik nol,
tegangan sisa juga mencapai titik nol sehingga sistem kembali berjalan normal. Karena itu,
sebuah arester haruslah memunyai sifat-sifat berikut :
1. Dapat memutus arus susulan setelah tegangan lebih habis.
2. Mampu menjadikan tegangan percik sela dan pelepasan / sisa yang seminimal mungkin.
3. Tidak mengalirkan arus sama sekali saat keadaan normal.
4. Harus secepatnya dadal ketika tegangan mencapai tegangan dadalnya.
2.2.6.3. Rating Arester
Rating arester adalah batas nilai ketahanan arester oleh arus dan tegangan. Rating arus
dapat diklasifikasikan menjadi :
1. Tegangan nominal
Tegangan nominal atau tegangan pengenal ini merupakan nilai tegangan arester
yang masih memungkinkan untuk dapat bekerja sesuai dengan karakteristiknya.
Tegangan pengenal arester harus lebih tinggi dari tegangan fasa ke tanah agar arester
dapat mengalirkan arus sistem yang besar. Dengan demikian kerusakan pada arester
akibat beban termis dapat diantisipasi.
2. Tegangan sisa/ residu
Tegangan sisa merupakan tegangan yang timbul diantara terminal arester ketika
arus petir mengalir ke tanah atau tegangan hasil dari pemotongan tegangan impuls oleh
arester.
3. Tegangan percikan impuls maksimum
Tegangan percikan impuls maksimum (maximum impulse spark voltage)
merupakan nilai tegangan impuls petir sebelum mengenai arester.
4. Arus pelepasan nominal
Arus pelepasan nominal adalah arus dengan nilai dan bentuk gelombang tertentu
yang digunakan untuk menentukan kelas arester sesuai dengan kemampuan melewatkan
arus dan karakteristik pelindungnya. Bentuk gelombang arus pelepasan, yaitu standar IEC
(8/20 μs).
2.2.7 Ketahanan Listrik Terhadap Surja
BIL (Basic Ligthing Impulse Insulation Level) adalah sebutan bagi nilai ketahanan dari
sebuah peralatan sistem tenaga bila dilalui oleh impuls petir. Berdasarkan SNI (SNI) 047021.2.1-2004, tentang Peralatan dan Sistem Telekontrol, yang dispesifikasikan oleh IEC 60 dan
IEC 664-1, syarat minimum tegangan tahanan isolasi untuk peralatan dengan uji ketahanan
frekuensi daya 50 Hz dan uji impuls yang sesuai dengan Tabel 2.1. (Widyastuti, 2011).
Tabel 2.1. Kelas ketahanan peralatan listrik
Klas
1,2/50 μs tegangan impulse
(kV puncak)
VW1
1
VW2
2
VW3
5
VWx
Khusus
Catatan:
1. KlasVW1 dan VW2 adalah untuk peralatan yang beroperasi pada tegangan DC
dibawah 60 V. Klas VW2 dan VW3 adalah untuk pasokan tegangan sampai dengan
250 V.
2. Nilai di atas disesuaikan dengan kondisi atmosfer standar. Faktor koreksi yang tepat
mengacu pada IEC 60 yang diperoleh dari hasil pengujian pada kondisi yang berbedabeda
Pada terminal yang dilindungi oleh kapasitor yang dibumikan, uji catu daya frekuensi
dapat diganti dengan DC pada tegangan yang sama dengan tegangan puncak dari tegangan AC.
2.2.8 Varistor
Varistor adalah piranti semikonduktor non-linear yang resistansnya menurun jika
tegangannya meningkat. Varistor modern dibuat dari oksida logam (metal-oxida), dengan oksida
seng sebagai bahan utama. Pada tegangan normal terdapat kebocoran arus yang besarnya kurang
dari 0,1 mA dan varistor bersifat seperti resistor dengan nilai resistansi yang tinggi.
Pada saat terdapat tegangan lebih, arus yang melalui varistor meningkat dan tegangan
akan dipotong mendekati tegangan normal. Karakteristik varistor didominasi oleh nilai resistan
yang rendah. Biasanya, varistor dibuat dalam bentuk piringan. Varistor adalah perangkat yang
bertindak cepat dengan tanggapan waktu kurang dari 0,5 μs. Kinerja varistor dipengaruhi oleh
suhu, kebocoran arus yang berlebihan yang dapat menaikkan suhu varistor tersebut, karena
varistor memiliki koefisien suhu negatif, arus akan meningkat jika varistor bertambah panas,
sehingga akhirnya timbul panas yang berlebihan (Widyastuti, 2011).
2.2.9 Sistem Catu Daya Pengisi Baterai Handphone
Catu daya pengisi baterai handphone adalah peralatan listrik yang konsumsi tegangan nya
rendah, yaitu 220V AC, dan mengeluarkan tegangan sekitar 5,7V DC, tegangan keluaran 5,7V
DC adalah yang tertera pada name plate yang ada di catu daya pengisi baterai, tetapi sebenarnya
nilai keluaran tegangan ini tidak selalu seragam, tergantung dari produsen peralatan yang dapat
mempengaruhi kualitas barang.
Pada catu daya pengisi baterai handphone Lenovo A6000, terdiri dari komponenkomponen aktif dan pasif, komponen yang digunakan adalah resistor, transistor, kapasitor, dioda,
dan transformator. Tegangan masukan adalah 220V AC yang merupakan suplai untuk sistem
jaringan listrik tegangan rendah yang berada di rumah, tegangan masukan ke sistem disearahkan
menggunakan dioda menjadi tegangan DC, penyearah gelombang yang digunakan adalah
penyearah jembatan. Empat dioda yang disusun sedemikian rupa sehingga arus listrik hanya
mengalir kesatu arah saja melalui beban. Tegangan keluaran dari penyearah jembatan (bridge),
masuk ke trafo yang dikontrol oleh transistor sebagai saklar (switching) untuk mengatur
tegangan keluaran dari rangkaian. Berikut adalah diagram alir bagaimana kerja catu daya pengisi
baterai Handphone :
Input
Tegangan AC
220 V
Penyearah
(rectifier)
Bridge
Transformator
Keluaran catu
daya pengisi
baterai (VDC)
Pengontrol
Switching
Gambar 2.7. Alur kerja catu daya pengisi baterai Lenovo