CV.Vinel KaryaTama Mandiri: Penggantian Lightning arrester

Pemasangan Arrester

PEMASANGAN LIGHTNING ARRESTER

1. Lightning Arrester

Lightning arrester adalah suatu alat yang digunakan untuk melindungi peralatan listrik terhadap sambaran petir. Dipasang pada atau dekat peralatan yang dihubungkan dari fasa konduktor ke tanah. Lightning arrester membentuk jalan yang mudah dilalui petir atau surja, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Jalan pintas tersebut harus sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran daya sistem 50 Hz. Pada kerja normal, lightning arrester berfungsi sebagai isolator dan bila terkena sambaran petir akan berlaku sebagai konduktor yang mengalirkan petir ke bumi. Setelah petir hilang, lightning arrester harus cepat kembali menjadi isolator, sehingga pemutus tenaga (PMT) tidak sempat membuka. Pada kondisi normal (tidak terkena petir), arus bocor lightning arrester tidak boleh melebihi 2 mA. Apabila melebihi angka tersebut berarti kemungkinan besar lightning arrester mengalami kerusakan.

2. Jenis Lightning Arrester

Lightning arrester terdiri dari dua jenis yaitu

A). Jenis Ekspulasi

B). Jenis Tahanan Tak Linear.

A Expulsion Type Lightning Arrester (Protector Tube)

Arrester ini merupakan tabung yang terdiri dari :

- Dinding tabung yang terbuat dari bahan yang mudah menghasilkan gas jika dilalui arus (bahan fiber).

- Sela batang (external series) yang biasanya diletakkan pada isolator porselin, untuk mencegah arus mengalir dan membakar fiber pada tegangan jala-jala setelah gangguan diatasi.

- Sela pemutus bunga api diletakkan didalam tabung salah satu elektroda dihubungkan ketanah.

Elemen-elemen lightning arrester jenis ekspulsi

Setiap kawat phasa mempunyai tabung pelindung. Pada waktu tegangan terpa melalui sela batang dan sela bunga api maka impedansi tabung akan menjadi rendah sehingga arus terpa dan arus sistem mengalir ketanah. Tegangan diantara saluran dengan tanah turun setelah tembus terjadi.

Bagaimanapun arus yang mengalir akan membakar fiber dan menghasilkan gas yang bergerak cepat kearah lubang pembuangan dibagian bawah arrester.Tekanan gas ini akan mematikan bunga api pada saat arus melalui titik nol pertamanya. Waktu pemadaman busur api ini hanya setengah atau satu siklus sehingga RRV (Rate of Recovering Voltage) lebih lambat dari rate of rise kekuatan dielektrik isolasi. Beda waktu ini cukup pendek untuk dapat dibaca oleh rele pelindung sehingga CB (Circuit Breaker) tetap bekerja (tertutup) dan pelayanan daya tidak terganggu. Segera setelah gas ditekan keluar dan api menjadi padam sistem dapat bekerja kembali dengan normal.

Kelemahan dan kerugian lightning arrester type expulsi

- Terbatas pada sistem yang mempunyai besar arus sistem kurang dari 1/3 dari besarnya arus terpa. Karena arus yang sangat besar menyebabkan fiber habis terbakar dan arus yang terlalu kecil tidak mampu menghasilkan cukup gas pada tabung untuk mematikan busur api.

- Karena setiap arrester bekerja, permukaan tabung akan rusak karena terbakar maka arrester ini mempunyai batasan pada jumlah operasinya dimana arrester ini masih dapat berfungsi dengan baik.

- Walaupun termasuk pemotong terpa yang murah karena kemampuannya memotong arus ikutan namun sama sekali tidak cocok untuk perlindungan peralatan-peralatan gardu yang mahal karena V-T (Tegangan – Waktu) karakteristiknya yang buruk.

Pemakaian lightning arrester jenis Expulsi:

- Umumnya dipakai untuk melindungi isolator transmisi. V-T karakteristik dari arrester ini lebih datar daripada isolator sehingga dapat mudah dikoordinasikan untuk melindungi isolator dari tembus permukaan.

- Dipakai pada tiang transmisi sebelum memasuki peralatan untuk memotong arus terpa yang datang sehingga berfungsi mengurangi kerja dari arrester di gardu.

- Pada trafo-trafo kecil di pedesaan dimana pemotong petir tipe tahanan tak linear sangat mahal dan pemakaian sela batang akan memberikan perlindungan yang cukup.

- Pada tiang transmisi tertentu yang sangat tinggi (misalnya penyeberangan sungai) dimana kemungkinan disambar petir cukup tinggi.

Jenis-jenis lightning arrester type expulsi:

- Jenis Transmisi digunakan pada jaringan transmisi untuk melindungi isolator

- Jenis Distribusi digunakan untuk melindungi trafo pada jaringan-jaringan distribusi dan peralatan-peralatan distribusi.

B. Non Linear Type Lightning Arrester (Arrester Tipe Tahanan Tak Linear).

Jenis Silicon Carbide ( SiC)

Arrester ini terdiri dari beberapa sela yang tersusun seri dengan piringan-piringan tahanan, dimana tahanan ini mempunyai karakteristik sebagai berikut: harga tahanannya turun dengan cepat pada saat arus terpa mengalir sehingga tegangan antara terminal arrester tidak terlalu besar dan harga tahanan naik kembali jika arus terpa sudah lewat sehingga memotong arus ikutan pada titik nol pertamanya. Sela api (sparks gap) dan tahanan disusun secara seri dan ditempatkan didalam rumah porselen kedap air sehingga terlindung dari kelembapan, pengotoran dan hujan.

Distribusi tegangan yang tidak merata diantara celah sela api (sparks gap) menimbulkan masalah.Untuk mengatasi ini dipasang kapasitor dan tahanan non linear paralel dengan sela api.Pada daerah tegangan yang lebih tinggi kapasitor dan tahanan linear dihubungkan dengan paralel dengan badan celah. Bila tegangan lebih menyebabkan loncatan bunga api pada celah-celah yang diserikan, arus akan sangat tinggi untuk mempercepat redanya tegangan lebih.

Tegangan tertinggi yang akan muncul pada penangkal petir adalah tegangan loncatan atau tegangan yang terjadi pada tahanan tak linear pada saat lonjakan arus mengalir. Tegangan loncatan bunga api terendah dari penangkal disebut tegangan loncatan pulsa bunga api seratus persen (Maximum 100% Impulse Spark Over Voltage). Tegangan yang dibangkitkan tahanan non linear pada saat arus loncatan mengalir disebut tegangan residu. Semakin rendah harga-harga ini semakin baik tingkat perlindungan pada peralatan.

Arus bocor yang mengalir melalui tahanan dalam dalam keadaan operasi normal dari sistem tidak melebihi 0,1 mA. Arus ini sudah cukup untuk mempertahankan temperature dibagian dalam arrester lima derajat lebih tinggi dari temperature sekeliling sehingga mencegah masuknya uap air kebagian dalam arrester.Gambar arrester jenis ini diperlihatkan pada

Jenis Metal Oxide ( MOV)

Arrester jenis Metal Oxide hanya terdiri dari unit-unit tahanan tak linear yang terhubung satu sama lainnya tanpa memakai sela percik pada setiap unit.

Untuk arrester jenis Metal Oxide material tahanan tak linear pada dasarnya keramik yang dibentuk dari oksida seng ( ZnO) dengan penambahan oksida lain. Bahan ini telah banyak dipakai untuk perlindungan rangkaian-rangkaian yang bekerja pada beberapa kV sampai dengan tegangan transmisi. Karena derajad ketidaklinearan yang tinggi, bahan ini memungkinkan penyederhanaan dalam desain dan dapat memperbaiki penampilan dalam lingkungan tertentu.

Jenis-jenis lightning arrester tipe tahanan tak linear

- Jenis Gardu (Station Type) , jenis ini merupakan penangkap petir paling efisien dan mahal yang umumnya digunakan untuk melindungi peralatan-peralatan penting pada gardu-gardu besar ( sistem dengan tegangan diatas 70 kV).

- Jenis Hantaran (Line Type) , jenis ini lebih murah dan digunakan untuk melindungi gardu dengan tegangan kerja dibawah 70 kV.

- Penangkap petir jenis gardu untuk melindungi motor/generator, digunakan untuk sistem dengan tegangan 2,2 kV sampai 15 kV.

- Penangkap petir sekunder (Secondary Arrester) berguna untuk melindungi peralatan-peralatan tegangan rendah dengan tegangan kerja sistem antara 120 V sampai 750 V.

3. Tingkat Pengenal Dari Lightning Arrester (Rating Lightning Arrester)

1. Tegangan nominal atau tegangan pengenal

(Nominal Voltage Arrester) adalah tegangan dimana arrester masih dapat bekerja sesuai dengan karakteristiknya. Arrester tidak dapat bekerja pada tegangan maksimum sistem yang direncanakan, tetapi mampu memutuskan arus ikutan dari sistem secara efektif. Tegangan pengenal dari arrester harus lebih tinggi dari tegangan phasa sehat ketanah, jika tidak demikian maka arrester akan melewatkan arus ikutan sistem terlalu besar yang menyebabkan arrester rusak akibat beban lebih termis (thermal overloading). Tegangan tertinggi sebagai berikut:

- Tegangan sistem tertinggi (system highest voltage), umumnya diambil harga 110% dari harga tegangan nominal sistem.

- Koefisien pentanahan , didefenisikan sebagai perbandingan antara tegangan rms phasa sehat ke tanah dalam keadaan gangguan pada tempat dimana arrester dipasang, dengan tegangan rms phasa ke phasa tertinggi dari sistem dalam keadaan tidak ada gangguan. Jadi tegangan pengenal dari arrester (arrester rating) adalah tegangan rms phasa ke phasa x 1.10 x koefisien pentanahan.

- Sistem yang ditanahkan langsung koefisien pentanahannya 0.8.Arrester disebut arrester 80%. Sistem yang tidak ditanahkan langsung koefisien pentanahannya 1,0 .Arrester ini disebut arrester 100%.

2. Arus Pelepasan Nominal ( Nominal Discharge Current )

Adalah arus pelepasan dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang digunakan untuk menentukan kelas dari arrester sesuai dengan :

- Kemampuan melewatkan arus

- Karakteristik Perlindungan

Bentuk gelombang arus pelepasan tersebut adalah :

a. Menurut standar Inggris/Eropa (IEC) 8 µs / 20 µs

b. Menurut standar Amerika 10 µs/ 20 µs dengan kelas

- Kelas Arus 10 kA untuk perlindungan Peralatan besar dengan frekuensi sambaran petir yang cukup tinggi dengan tegangan sistem diatas 70 kV.

- Kelas arus 5 kA untuk tegangan sistem dibawah 70 kV

- Kelas 2,5 kV untuk gardu-gardu kecil dengan tegangan sistem dibawah 22 kV.

- Kelas arus 1,5 kA untuk melindungi trafo-trafo kecil.

3. Tegangan Percik Impuls 100 % ( 100 % Impulse Spark Over Voltage)

Adalah tegangan gelombang impuls tertinggi yang terjadi pada terminal arrester sebelum arrester itu bekerja. Bentuk gelombang impuls petir seperti gambar 3.7 adalah 1,2 µs/ 50 µs. Hal ini menunjukkan bahwa jika tegangan puncak terpa petir yang datang mempunyai harga yang lebih tinggi atau sama dengan tegangan percik minimum dari penangkal petir maka penangkap petir ini akan bekerja memotong terpa petir tersebut dan mengalirkan ke tanah.

Tegangan impuls petir standar(IEC Publ.60-2,1973)

4. Tegangan Sisa (Residual Voltage dari dischargeVoltage)/ Tegangan Kerja

Adalah tegangan yang timbul diantara terminal arrester pada saat arus pelepasan mengalir ke tanah.Tegangan sisa dan tegangan nominal dari suatu arrester tergantung kepada kecuraman gelombang arus yang datang (di/dt dalam A/ µs) dan amplitudo dari arus pelepasan. Untuk menentukan tegangan sisa ini digunakan impuls arus sebesar 8 µs/20 µs (standar IEC) dengan harga puncak arus pelepasan 5 kA dan 10 kA.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 linear dari arrester.

Umumnya tegangan sisa tidak akan melebihi BIL (Basic Insulation Level = Tingkat Isolasi Dasar = TID) dari peralatan yang dilindungi walaupun arus pelepasan maksimum mencapai 65 kA hingga 100 kA.

5. Arus Pelepasan Maksimum (Maximum Discharge Current )

Adalah arus terpa maksimum yang dapat mengalir melalui penangkap petir setelah tembusnya sela seri tanpa merusak atau merubah karakteristik dari arrester.

6. Tegangan Percikan Frekuensi Jala-jala ( Power Frequency Spark Over Voltage)

Arrester tidak boleh bekerja pada gangguan lebih dalam (internal over voltage) dengan amplitude yang rendah karena dapat membahayakan sistem.

Untuk alasan ini maka ditentukan tegangan percikan frekuensi jala-jala minimum.

- Menurut standar Inggris tegangan percikan jala-jala minimum = 1.6 x tegangan pengenal arrester.

- Menurut Standar IEC (International Electrotechnical Commision) tegangan percikan jala-jala minimum adalah = 1.5 x tegangan pengenal arrester.

7. Tegangan Percikan Akibat Pensaklaran (Spark Over Voltage by Switching Over Voltages)

Tegangan percik pada celah seri akibat terkenal gangguan tegangan lebih oleh proses pensaklaran oleh peralatan penghubung (switchgear).Karakteristik gelombang impuls surja hubung dinyatakan dengan 250 / 2500 µs.

3.2 Koordinasi Isolasi

Korelasi antara kemampuan isolasi peralatan listrik dengan alat pelindung (protective device) sehingga isolasi dari peralatan terlindung dari bahaya tegangan lebih. Tujuan koordinasi isolasi ini adalah untuk menciptakan suatu sistem yang bagian-bagiannya, masing-masing dan satu sama lain mempunyai ketahanan isolasi yang sedemikian rupa sehingga dalam setiap kondisi operasi kualitas pelayanan / penyediaan tenaga listrik dapat dicapai dengan biaya seminimum mungkin.

Koordinasi isolasi yang baik akan mampu menjamin :

· Bahwa isolasi peralatan akan mampu menahan tegangan kerja sistem yang normal dan tegangan tidak normal yang mungkin timbul dalam sistem.

· Bahwa isolasi peralatan akan gagal hanya jika terjadi tegangan lebih luar.

· Bahwa jika kegagalan terjadi maka hanya pada tempat-tempat yang menimbulkan kerusakan paling minimum.

Masalah koordinasi isolasi pada sistem tenaga menyangkut hal-hal sebagai berikut:

1. Penentuan Isolasi Hantaran

Penentuan isolasi dari hantaran harus mempertimbangkan kemungkinan terjadinya tegangan lebih petir (surja petir), tegangan lebih switching dan tegangan lebih dengan frekuensi jala-jala. Dengan bertambahnya pengetahuan akan fenomena petir maka dimungkinkan untuk menentukan keandalan sistem berdasarkan parameter-parameter petir yang telah diketahui tersebut.Isolasi hantaran udara harus cukup tinggi untuk mencegah terjadi kegagalan oleh surja hubung dan tegangan lebih frekuensi jala-jala dengan memperhitungkan pengaruh lingkungan/alam yang dapat menurunkan tegangan tembus dari isolator.

Dalam praktek umumnya isolator hantaran udara masih dinaikkan harga tahanan isolasinya dengan cara menambah beberapa piringan isolator lagi untuk mencegah kemungkinan isolator rusak. Isolasi hantaran udara tidak berhubungan langsung dengan tingkat isolasi peralatan didalam gardu. Walaupun demikian sangat menentukan didalam koordinasi isolasi karena tegangan tembus impuls pada isolator hantaran udara menentukan tegangan impuls tertinggi yang masuk ke gardu berupa gelombang berjalan.

2. Tingkat Isolasi Dasar Peralatan Peralatan

Tingkat Isolasi Dasar (Basic Insulation Level) merupakan daya tahan terhadap tegangan impuls standar yang masih dapat ditahan isolasi. Sebagian besar peralatan peralatan seperti transformator, pemutus daya, saklar pemisah, transformator arus, transformator tegangan dibuat dengan tingkat isolasi yang sama. Kecuali transformator yang diproduksi dengan tingkat isolasi yang lebih rendah dengan alasan ekonomis dan transformator umumnya dilindungi langsung oleh arrester.

Karena letaknya yang dekat dengan transformator, maka sebagian dari peralatan di gardu akan terletak diluar daerah lindung dari arrester. Daerah lindung ditentukan oleh: ketahanan isolasi dari peralatan, tegangan kerja dari penangkap petir dan jarak antara penangkap petir dengan peralatan tersebut.

Peralatan – peralatan yang terletak diluar dari daerah lindung penangkap petir akan diberikan Tingkat Isolasi Dasar yang satu tingkat lebih tinggi.Pada umumnya tingkat isolasi dari peralatan gardu seperti pemutus daya busbar, saklar pemisah, trafo pengukuran mempunyai T.I.D 10 % lebih tinggi dari TID trafo.Tingkat isolasi antara kutub-kutub pada saklar pemisah yang terbuka harus 10-15 % lebih tinggi dari tingkat isolasi kutub tersebut ke tanah.

3.3 Pemilihan Lightning Arrester

Untuk penyederhanaan dalam pemilihan lightning arrester ditentukan langkah-langkah sebagai berikut :

1. Penentuan besarnya tegangan lebih satu phasa ke tanah atau tegangan lebih akibat kerja sistem yang tidak normal pada lokasi dimana arrester dipasang. Tegangan lebih ini akibat gangguan satu phasa ke tanah dapat menyebabkan kenaikan tegangan phasa sehat lainnya. Besarnya tegangan ini tergantung dari karakteristik sistem dan jenis pentanahan sistem pada waktu gangguan terjadi.

2. Perkiraan besarnya tegangan pengenal arrester pada frekuensi jala-jala. Jika tegangan tinggi sistem dan koefisien pentanahan sudah diketahui maka tegangan pengenal dari arrester sudah dapat dihitung secara kasar. Tegangan pengenal tidak boleh lebih rendah dari perkalian kedua harga diatas. Misal: Tegangan sistem 20 kV ditanahkan efektif maka tegangan pengenal (110 % x 20 kV) x 0,8 = 17.6 kV. Tegangan pengenal standar untuk sistem 20 kV adalah 17,6 kV.

3. Memilih besarnya arus impuls yang diperkirakan akan dilepas melalui arrester. Untuk penangkap petir yang dipasang digardu berlaku :

................................................................(3.1)

dimana :

= arus pelepasan arrester

= tegangan gelombang datang/berdasarkan jumlah isolator terpasang.

= tegangan sisa /tegangan residual.

Z = impedansi saluran.

4. Tegangan Pelepasan (Tegangan Kerja/Sisa Arrester) adalah karakteristik yang paling penting dari arrester untuk perlindungan di Peralatan. Tegangan kerja penangkap petir ada dibawah T.I.D peralatan yang dilindungi, maka dengan faktor keamanan yang cukup perlindungan peralatan yang optimum dapat diperoleh. Tegangan kerja tergantung pada arus pelepasan arrester dan kecuraman gelombang datang. Tegangan kerja arrester akan naik dengan naiknya arus pelepasan tetapi kenaikan ini sangat dibatasi oleh tahanan tak linear dari arrester.

5. Faktor perlindungan adalah besar perbedaan tegangan antara T.I.D dari peralatan yang dilindungi dengan tegangan kerja dari arrester. Pada waktu menentukan tingkat perlindungan peralatan yang dilindungi oleh penangkap petir umumnya diambil harga 10 % diatas tegangan kerja arrester tujuannya untuk mengatasi kenaikan tegangan pada kawat penghubung dan toleransi pabrik.

Besarnya faktor perlindungan ini umumnya lebih besar atau sama dengan 20 % dari TID peralatan arrester yang dipasang dekat dengan peralatan yang dilindungi.

Contoh:

Tegangan kerja arrester untuk sistem 220 kV adalah 649 kV perlindungan ini ditambah 10 % untuk kawat penghubung, toleransi pabrik dan lain-lain sehingga tingkat perlindungan arrester menjadi 713 kV, pilih TID peralatan sebesar 950 kV. Faktor perlindungan = (950 – 713 ) kV = 237 kV. Faktor perlindungan ini lebih besar dari 20% dari TID peralatan, sehingga arrester ini sudah memberi faktor perlindungan yang baik.

6. Jarak Lindung Arrester

Jarak lindung dari arrester ke peralatan yang dilindungi (dalam hal ini adalah transformator) adalah :

.......................................................................(3.2)

dimana :

L = Jarak antara arrester dengan peralatan yang dilindungi (m)

= Tegangan ketahanan terhadap gelombang impuls dari peralatan yang dilindungi (kV)

= tegangan kerja arrester (kV)

du/dt = Kecuraman dari gelombang yang datang (kV/µs) nilai berkisar antara 1000 kV/µs - 2000 kV/µs.

V = kecepatan propagasi geombang tegangan lebih ; 300 m/ µs untuk saluran udara, 150 m/ µs untuk kabel.

Lokasi Pemasangan Arrester

Umumnya alat-alat pelindungan harus diletakkan sedekat mungkin dengan peralatan yang akan dilindungi, terutama pada ujung distribusi dimana terdapat gardu atau trafo.

Karena biaya yang mahal maka tidak mungkin memasang arrester pada setiap peralatan di gardu untuk melindungi peralatan tersebut. Hal ini tidak perlu dilakukan karena ada faktor perlindungan dari alat pelindungan dari arrester, oleh karena itu hanya peralatan yang penting saja yang dilengkapi dengan arrester. Transformator merupakan peralatan yang paling mahal dan yang paling penting pada sebuah gardu. Jika trafo rusak maka perbaikan / pergantiannya akan mahal, membutuhkan waktu yang lama, dan juga kerugian akibat terputusnya daya cukup besar.

Selain itu trafo adalah ujung terminal dari suatu transmisi, tempat paling sering terjadi pemantulan gelombang. Pada sistem diatas 220 kV TID dari transformator dapat diperendah pada batas-batas yang diizinkan untuk memperkecil biaya isolasi. Karena alasan-alasan tersebut diatas maka arrester pada peralatan umumnya dipasang pada terminal trafo daya.

Arrester berfungsi sebagai by-pass di sekitar lokasi yang membentuk jalan dengan mudah dilalui oleh tegangan lebih ke sistim pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang tidak merusak peralatan isolasi listrik. By-pass ini sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran frequensi 50 Hz.

Pada keadaan normal arrester berlaku sebagai isolator, bila timbul gangguan surja, alat ini berfungsi sebagai konduktor yang tahanannya relative rendah agar dapat mengalirkan arus yang tinggi ke tanah. Setelah surja hilang, arrester dengan cepat kembali menjadi isolasi.

Posisi Pemasangan Lightning Arrester

1. Pemasangan Lightning Arrester sebelum FCO

Keuntungannya :

- Pengamanan terhadap surja petir tidak dipengaruhi oleh kemungkinan FCO putus.

Kerugiannya :

- Kegagalan LA memadamkan sistem penyulang

- Penghantar LA lebih panjang

2. Pemasangan Lightning Arrester setelah FCO

Keuntungan :

- Jika LA rusak atau gagal, FCO putus tidak memadamkan sistem SUTM

Kerugiannya :

- fuse link rentan terhadap surja petir

Untuk saluran udara sangat panjang, pemasangan LA sesudah FCO dapat dipertimbangkan dengan menggunakan fuse link type – H.

Untuk saluran udara pendek, pemasangan LA sebelum FCO lebih baik sebagai pilihan

Petir adalah pelepasan muatan yang terjadi antara awan, dalam awan atau antara awan dengan tanah. dimana dalam awan terdapat muatan positif dan muatan negatif, jika muatan ini senama bertemu maka akan terjadi tarik menarik yang dapat menimbulkan lendakan/kilat diawan, begitu juga kalau muatan negatif dan muatan positif dekat akan terjadi tolak menolak, juga akan terjadi ledakan/kilat.

Bumi adalah sebagai gudang muatan positif maupun negatif, jika pelepasan muatan dari petir dekat dengan bumi, maka akan terjadi sambaran petir kebumi.

Bila petir mengenai langsung kepenghantar SUTM, kemungkinan besar penghantar tersebut akan putus karena gelombang petir yang menimbulkan tegangan impuls melebihi BIL (Basic Insulation Level) dari penghantar SUTM. Kalau petir yang mengenai SUTM bukan sambaran langsung tetapi induksi dari petir, gerak dari gelombang petir itu menjalar ke segala arah dengan perkataan lain terjadi gelombang berjalan sepanjang Jaringan yang menuju suatu titik lain yang dapat menetralisir arus petir tersebut yaitu menuju ketitik pentanahan.

Kelebihan tegangan yang disebabkan petir disebabkan oleh sambaran langsung atau sambaran tidak langsung (induksi) dapat dijelaskan sebagai berikut:

- Sambaran Langsung

Sambaran langsung yang mengenai rel dan peralatan Peralatan adalah yang paling hebat diantara gelombang berjalan lainnya yang datang ke Peralatan. Sambaran langsung menyebabkan tegangan lebih yang sangat tinggi yang tidak mungkin dapat ditahan oleh isolasi yang ada (> BIL)

- Sambaran Induksi

Bila terjadi sambaran kilat ke tanah di dekat saluran maka akan terjadi fenomena transien yang diakibatkan oleh medan elektromagnetis dari kanal kilat. Fenomena kilat ini terjadi pada kawat penghantar. Akibat dari kejadian ini timbul tegangan lebih dan gelombang berjalan yang merambat pada kedua sisi kawat tempat sambaran berlangsung. Tegangan induksi dapat berubah-ubah tergantung dari keadaannya, secara umum besar tegangan lebih akibat sambaran induksi antara 100 – 200 kV, muka gelombangnya (Wave front) lebih dari 10 µs dan ekor gelombang (wave tail) 50 – 100 µs, dimana gelombang ini sebagai ancaman bagi peralatan distribusi.

Bentuk gelombang surja petir (tegangan impuls) terlihat pada gambar 2.10. dibawah ini, dengan Tf (waktu muka gelombang) , Tt (waktu ekor gelombang) dan U (tegangan puncak). Untuk sambaran langsung besarnya Tf = 1.2 µs, Tf = 50 µs dan tegangan puncak U = mendekati 300 kV, sambaran induksi besar Tf = 10 µs ,Tt = 50 – 100 µs dan U = 100 – 200 kV

Gambar 2.10. Tegangan impuls petir standar(IEC Publ.60-2,1973)

Dimana :

Tf = waktu muka gelombang (OA) (µs) Tf = 1,2 µs

Tt = waktu ekor gelombang (OB) (µs) Tt = 50 µs

U = tegangan puncak (kV)

Tegangan Lebih dengan Frekuensi Jala-jala

Tegangan lebih dengan frekuensi jala-jala dibagi atas:

· Penutupan / pembukaan trafo yang tidak bersamaan

· Kenaikan tegangan dari fasa sehat pada waktu gangguan satu fasa ke tanah pada sistem.

· Tegangan yang terjadi akibat beban lepas.

· Hubungan kabel tanpa beban

Meskipun banyak macamnya, tetapi pada umumnya tegangan abnormal yang terjadi pada sistem tenaga listrik diperkirakan tidak sebesar surja petir dan surja hubung, sehingga perencanaan isolasi peralatan kebanyakan didasarkan pada kedua surja ini.

Kerusakan Akibat Kelebihan Tegangan

- Tegangan tembus luar (External Flashover) merusak isolator, bagian permukaan peralatan. Ini disebabkan oleh amplitude gelombang datang.

- Tegangan tembus dalam ( Internal Flashover ), merusak isolasi utama dari peralatan ketanah, merusak isolasi antara bagian-bagian dalam peralatan (isolasi antara gulungan dari trafo). Ini disebabkan oleh kecuraman gelombang datang.

- Tegangan tembus luar dan dalam ( Internal and External Flashover) yang mungkin terjadi akibat osilasi yang terjadi pada peralatan. Ini disebabkan oleh kecuraman gelombang datang dengan ekor gelombang yang panjang.

Penanggulangan Kelebihan Tegangan

Untuk memberikan perlindungan pada peralatan terhadap kelebihan tegangan berupa surja petir maka dipasang alat pelindung (Protective Device).

Alat pelindung terhadap kelebihan tegangan berfungsi melindungi peralatan sistem tenaga listrik dengan cara membatasi kelebihan tegangan yang datang dan mengalirkan ke tanah. Berhubungan dengan fungsinya itu, maka alat pelindung harus dapat menahan tegangan sistem dalam waktu yang tak terbatas dan harus dapat melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan.

Alat pelindung yang baik mempunyai perbandingan perlindungan atau protective ratio yang tinggi, yaitu perbandingan antara tegangan surja maksimum yang diperbolehkan sewaktu pelepasan (discharge) dan tegangan sistem maksimum yang ditahan sesudah pelepasan terjadi.

Pemilihan Lightning Arrester

Untuk penyederhanaan dalam pemilihan lightning arrester ditentukan langkah-langkah sebagai berikut :

3. Memilih besarnya arus impuls yang diperkirakan akan dilepas melalui arrester. Untuk penangkap petir yang dipasang digardu berlaku :

................................................................(3.1)

dimana :

= arus pelepasan arrester

= tegangan gelombang datang/berdasarkan jumlah isolator terpasang.

= tegangan sisa /tegangan residual.

Z = impedansi saluran.

Besarnya faktor perlindungan ini umumnya lebih besar atau sama dengan 20 % dari TID peralatan arrester yang dipasang dekat dengan peralatan yang dilindungi.

Contoh:

6. Jarak Lindung Arrester

Jarak lindung dari arrester ke peralatan yang dilindungi (dalam hal ini adalah transformator) adalah :

.......................................................................(3.2)

dimana :

L = Jarak antara arrester dengan peralatan yang dilindungi (m)

= Tegangan ketahanan terhadap gelombang impuls dari peralatan yang dilindungi (kV)

= tegangan kerja arrester (kV)

du/dt = Kecuraman dari gelombang yang datang (kV/µs) nilai berkisar antara 1000 kV/µs - 2000 kV/µs.

V = kecepatan propagasi geombang tegangan lebih ; 300 m/ µs untuk saluran udara, 150 m/ µs untuk kabel.

7. Lokasi Pemasangan Arrester

Umumnya alat-alat pelindungan harus diletakkan sedekat mungkin dengan peralatan yang akan dilindungi, terutama pada ujung distribusi dimana terdapat gardu atau trafo.

3.4 Posisi Pemasangan Lightning Arrester

1. Pemasangan Lightning Arrester sebelum FCO

Keuntungannya :

· Pengamanan terhadap surja petir tidak dipengaruhi oleh kemungkinan FCO putus.

Kerugiannya :

· Kegagalan LA memadamkan sistem penyulang

· Penghantar LA lebih panjang

2. Pemasangan Lightning Arrester setelah FCO

Keuntungan :

· Jika LA rusak atau gagal, FCO putus tidak memadamkan sistem

SUTM

Kerugiannya :

· fuse link rentan terhadap surja petir

Untuk saluran udara sangat panjang, pemasangan LA sesudah FCO dapat dipertimbangkan dengan menggunakan fuse link type – H.

Untuk saluran udara pendek, pemasangan LA sebelum FCO lebih baik sebagai pilihan

Bumi adalah sebagai gudang muatan positif maupun negatif, jika pelepasan muatan dari petir dekat dengan bumi, maka akan terjadi sambaran petir kebumi. Seperti terlihat pada gambar 2.9. diatas.

Kelebihan tegangan yang disebabkan petir disebabkan oleh sambaran langsung atau sambaran tidak langsung (induksi) dapat dijelaskan sebagai berikut:

- Sambaran Langsung

- Sambaran Induksi

Gambar 2.10. Tegangan impuls petir standar(IEC Publ.60-2,1973)

Dimana :

Tf = waktu muka gelombang (OA) (µs) Tf = 1,2 µs

Tt = waktu ekor gelombang (OB) (µs) Tt = 50 µs

U = tegangan puncak (kV)

Tegangan Lebih dengan Frekuensi Jala-jala

Tegangan lebih dengan frekuensi jala-jala dibagi atas:

· Penutupan / pembukaan trafo yang tidak bersamaan

· Kenaikan tegangan dari fasa sehat pada waktu gangguan satu fasa ke tanah pada sistem.

· Tegangan yang terjadi akibat beban lepas.

· Hubungan kabel tanpa beban

Kerusakan Akibat Kelebihan Tegangan

- Tegangan tembus luar (External Flashover) merusak isolator, bagian permukaan peralatan. Ini disebabkan oleh amplitude gelombang datang.

Penanggulangan Kelebihan Tegangan

Untuk memberikan perlindungan pada peralatan terhadap kelebihan tegangan berupa surja petir maka dipasang alat pelindung (Protective Device).

Fungsi Tanah dan Pentanahan pada Instalasi Listrik
- Tanah dalam teknik listrik sangat berperan, sehingga banyak dikenal istilah yang berhubungan dengan tanah, misalnya; pentanahan atau pembumian (grounding), gangguan tanah (ground/earth fault), kawat tanah, dll.

Pada tulisan ini kita akan membicarakan “tanah” dari sisi arus kuat, misalnya pada sistem Distribusi. Jadi, dalam pembahasan kita selanjutnya, bukan tanah yang berhubungan dengan listrik statis, dll. Tanah pada “listrik statis” merupakan pengumpulan massa sehingga kalau ada listrik statis yang dihubungkan ke tanah, maka si “statis” ini akan mengalir ke tanah. Contoh yang paling besar adalah mengalirnya arus petir ke tanah. Sedikit ada juga gejala listrik statis pada arus kuat yang biasa kita sebut sebgai efek kapasitans dari Jaringan (sudah kita bahas dalam beberapa tulisan sebelumnya).

Dalam pengertian kita tentang arus listrik (tentunya arus kuat?), adalah dia akan mengalir jika terjadi rangkaian tertutup. Jika tidak tertutup rangkaiannya, maka tidak akan mengalir arus. Contoh lampu di rumah akan menyala jika saklar dihubung sehingga terjadi rangkaian tertutup. Pada peristiwa ini arus akan mengalir karena adanya beban (lampu) dan adanya rangkaian tertutup (sumber – saklar – kawat phasa – lampu – kwat netral – kembali ke sumber). Contoh lain; AKI, rangkaian mulai kutub positif aki(sumber) – kawat positif – lampu – kawat negatif – kutub negatif aki (sumber).

Dari uraian di atas, tentu saja arus listrik tidak akan mengalir pada saat gangguan 1 phasa terkena tanah jika sumbernya tidak dihubungkan ke tanah. Beberapa uraian masalah ini telah kita bahas pada beberapa tulisan dan yang terakhir adalah pada tulisan “Percobaan Gila”, mudah-mudahan saja Anda telah membacanya.

Pentanahan Netral dan Pelindung Penghantar

Pada Sumber (Generator atau Trafo), penghantar (kawat, kabel) yang keluar padanya biasanya mempunyai Titik Netral. Titik Netral ini sudah sering kita bicarakan pada beberapa pembahasan. Titik Netral ada pada sistem 3 phasa dimana salah satu ujungnya digabung menjadi satu. Dan ini ada hanya pada hubungan Bintang atau hubungan Zig-zag. Namanya juga Netral, berarti tidak ada apa-apanya. Tetapi di PLN sering disebut sebagai Titik Nol. Nol berarti tidak ada apa-apanya, diputuspun tidak menjadi masalah. Tetapi peranan Nol pada Matematika sangat besar. Coba saja jika anda punya angka satu kemudian ditambah angka nol satu saja sesudahnya, maka dia menjdi sepuluh.

Pada Gambar sebelah kanan diperlihatkan sebuah Trafo Distribusi dengan 4 buah bushing isolator. Bushing 1 sd 3 adalah phasa 1 sd phasa 3, sedang bushing ke empat adalah titik netrala yang dikeluarkan kemudian dihubungkan ke tanah. Pada Gambar kiri diperlihatkan sebuah tower Transmisi. Di atas penghantar phasa (3 phasa) dipasang kawat pelindung yang biasanya disebut kawat tanah.

Jika kawat penghantar pada Gambar kanan terkena tanah, maka akan mengalir arus gangguan tanah ke sumber lewat pentanahan netral trafo dan kembali ke trafo lewat kawat netral. Ini berbarti ada sirkit tertutup dan sebgaimana pengertian kita di atas, akan mengalir arus dari sumber (trafo) ke kawat phasa kemudian masuk ke dalam tanah, keluar lagi ke pentanahan netral dan akhirnya kembali ke trafo (sumber). Jadi walaupun tanah di tempat gangguan jauh dari sumber, tetapi peranan tanahmenghantarkan arus kembali ke trafo (sumber).

Akan halnya kawat tanah (Gambar kiri), dipasang di atas kawat penghantar untuk melindungi. Kawat tanah ini bergabung secara metal dengan tower kemudian di kaki tower dipasang kawat pentanahan. Apabila ada petir yang akan mengalir ke tanah (ingat istilah kita tentang listrik statis), maka kawat tanah inilah yang akan mengalirkannya ke tanah.

Pentanahan Body

Kulkas, mesin cuci, motor pompa, dll, biasanya dilengkapi satu klem/terminal yang bergambar

(aarde). Ini berarti bahwa body dari peralatan itu harus dihubungkan dengan tanah. Paling tidak ada dua manfaatnya. Yang pertama jika ada kebocoran karena kawat phasa kena body maka akan mengalir arus yang lumayan besar sehingga akan memutuskan MCB. Yang ke dua jika terjadi induksi (listrik statis?) pada body maka akan disalurkan lewat kawat tanah (aarde) ke tanah.

Pengaliran Arus Listrik

Ada teori yang mengatakan bahwa arah pergerakan (aliran) elektron adalah dari potensial Negatif ke potensial Positif. Kemudian dibuat perjanjian bahwa arah arus listrik adalah dari potensial Positif ke potensial Negatif. Apapun itu, jika kita berada pada potensial yang sama, maka tidak ada pengaliran arus. Kasus listrik statis yang mengalir ke tanah disebabkan karena potensial tanah tidak sama dengan potensial tempat dimana listrik statis berkumpul. Jadi, kenapa kawat distribusi mengalirkan arus ke tanah karena potensial tanah sudah berbeda dengan potensial kawat tadi. Perbedaan ini akibat karena titik netral sumber sudah dihubungkan ke tanah. Kalau misalnya tidak dihubungkan, adakah arus mengalir? Untuk ini baca beberapa catatan sebelumnya dan terakhir adalah tulisan dengan judul “Percobaan Gila “.

Sistem Distribusi 20 kV Ungrounded (Melayang).

Sistem ini tidak mengenal Tanah. Tanah adalah sesuatu di luar sistem. Jika titik netral dihubung ke tanah barulah dikatakan bahwa tanah adalah bagian dari tegangan distribusi. Jika misalnya kawat phasa yang dihubungkan ke tanah, berarti phasa itu berpotensial sama dengan tanah. Kita yang berdiri di atas tanah dapat memegang kawat phasa tersebut tanpa merasakan apa-apa. Seandainya kita mengetes kawat phasa tersebut dengan testpen, maka pasti tidak menyala sebagaimana saat ini jika kita mengetest kawat netral. Tetapi jika Anda mengetest kawat netral, maka pasti akan menyala karena sekarang ini Anda berbeda potensial dengannya.

Keterangan Kasus 1 sd Kasus 4.

Sebuah sistem Delta (ungrounded). Pada Kasus1 Sistem ini tidak dihubungkan ke tanah sama sekali. Dengan demikian tegangan antar phasa dengan tanah tidak terdefinisi (Kasus 1). Jika phasa T ditanahkan (Kasus 2), maka tegangan phasa T terhadap tanah menjadi Nol, sementara tegangan phasa lainnya terhadap Tanah menjadi 20 kV. Kita yang berdiri di atas Tanah mempunyai potensial 20 kV terhadap phasa R dan phasa T. Terasakah? Tentu saja tidak selama kita tidak menyentuh kawat R dan kawat S. Kalau kita memegang kawat T tidaka akan terasa apa-apa.

Pada Kasus 3 dan Kasus 4 penjelasannya sama dengan Kasus 2. Cuma sekarang tegangan terhadap tanah berbeda. Silahkan diteruskan penjelasannya.

Pentanahan pada Gardu Distribusi.

Ada tiga titik yang harus ditanahkan pada Gardu Distribusi;

1. Pentanahan Netral sisi Sekunder.

2. Pentanahan body (badan) Trafo.

3. Pentanahan Arrester.

Saya fikir (berdasarkan pengalaman selama ini), fungsi minyak trafo paling tidak ada dua; sebagai Isolasi dan sebagai Pendingin. Nah untuk memenuhi fungsi ini, maka minyak Trafo paling tidak harus:

Dengan persyaratan-persyaratan tersebut, para Fabrikan (antara lain Pertamina) menyiapkan jenis minyak Trafo yang memenuhi . Sepanjang yang saya ketahui jenis-jenis minyak trafo yang pernah dipakai dan (mungkin) masih dipakai saat ini adalah; BEZ (buatan …), Diala C dan Diala B (Pertamina), dan Univolt dari Esso. Ada juga dari Gulf, ini saya lihat di Ternate. Mungkin saat ini sudah ada jenis lain ?.

Persyaratan Minyak Trafo tertuang dalam SPLN 49-1 : 1982 (sudah cukup lama yah, jangan-jangan sudah adah aturan yang baru?). Konon metode ujinya harus sesuai Standar IEC 296, apa yang dimaksud dengan hal ini, tidak usah kita perpanjang. Persyaratan itu tertuang dalam Tabel berikut.

Pada Trafo yang relatif besar, biasanya dipasangi konservator, yaitu semacam tangki di atas Trafo dan berisi minyak trafo yang tersambung ke Bak Trafo. Gunanya antara lain adalah untuk menghindari hubungan langsung minyak (yang panas) dengan udara luar.
Biasanya dipasang juga tabung transparan untuk melihat level minyak trafo. Level minyak trafo sebaiknya di atas level bushing trafo. Jika level minyak di bawah bushing, dikhawatirkan di atas bushing akan terperangkap udara yang bisa membuat gangguan dan kerusakan pada Trafo.
Apabila temperatur minyak lebih tinggi dari temperatur udara luar, maka ada kecenderungan udara dari dalam trafo mengalir ke luar. Sebaliknya jika Trafo dingin, ada kemungkinan udara luar mengalir ke dalam. Untuk mengatasi masalah ini biasanya dipasang “breather (pernafasan)”. Pernafasan ini ujungnya diisi silicagel untuk menyerap kandungan uap air. Pada mulanya silicagel ini berwarna biru (katanya karena mengandung cobalt chloride), tetapi jika sudah lembab warnanya akan berubah (kemerah-merahan ?). Pada saat tersebut silicagel harus dikeringkan di bawah sinar mata hari atau disangrai (digoreng tanpa minyak goreng) supaya kembali normal.

Untuk Trafo Distribusi, pada umumnya tidak memakai silicagel dan sebahagian juga tidak memakai konservator. Saya jadi bingung (sudah ketinggalan jaman saya ini), jika minyak dikeluarkan, berarti bushing jadi kosong pada saat itu. Kemudian kalau mau menambah minyak harus lewat lobang mana? .(Tanya dong sama personil KCA).

Pengetesan Minyak Trafo

Contoh minya Trafo yang sudah diambil seharusnya ditest/diuji, paling tidak ada dua hal; tegangan tembus dan keasaman.

Alat test tegangan tembus (foto di atas sebelah kiri) mempunyai dua electrode yang diset jaraknya 2,5 mm. Kemudian kedua ujung electrode diberi tegangan secara bertahap melalui regulator dan terpantau pada voltmeter di panel. Apabila terjadi loncatan tegangan berarti pada tegangan tersebut minyak break down/tembus. Nilai ini dicatat. Lakukan percobaan paling kurang lima kali baru diambil nilai rata-rata. Misalnya nilai rata-ratanya 20 kV/2,5 mm, berarti nilai per centimeter harus dikali empat sehingga nilainya menjdi 80 kV/cm. Sesuai Tabel di atas, maka nilai ini berada di bawah standar yang 120 kV/cm. Jika nilai sudah berada di bawah standar seharusnya minyak tersebut harus di”flushing” (dikeluarkan uap air dan partikel-partikel kotoran yang ada di dalamnya), baru kemudian diuji lagi, demikian seterusnya sampai didapatkan nilai yang baik. Kalau tidak bisa dinaikkan nilainya, yah minya harus diganti.

Terhubungnya udara luar dengan minyak bisa mempercepat proses oksidasi. Terjadinya oksidasi bisa merusak tembaga (kumparan) dan inti (besi) pada Trafo. Oleh karena itu keasaman ini perlu juga dilakukan pengetesan. DSepanjang pengalaman saya, untuk Trafo Distribusi tidak sejauh ini yang dilakukan tetapi untuk Trafo Pembangkit dan Gardu Induk mungkin perlu dilakukan. Nilai keasaman sesuai Tabel SPLN di atas adalah < 0,4 mgKOH/gram.

Dari uraian-uraian di atas, mungkin secara praktis kita bisa usulkan bahwa pengecekan Trafo Distribusi dilakukan secara menyeluruh dengan Megger.
Saya fikir jika kita melakukan pemegeran antara bagian yang bertegangan (bushing) dengan body dan hasilnya baik, maka secara praktis Trafo dan minyaknya masih layak dioperasikan. Yang kedua pada Trafo yang baru dilakukan pemeriksaan minyak setelah terpasang 3 tahun. Yang ketiga, jika didapati minyak Trafo jelek, langsung saja diganti secara menyeluruh, kemudian bekas minyaknya dikumpul pada suatu tangki dan dilakukan flushing. Jika nilai tegangan tembus (dan keasaman)nya sudah bagus, barulah dimasukkan lagi pada Trafo yang minyaknya jelek

CV.Vinel KaryaTama Mandiri

Selasa, 16 April 2013

Penggantian Lightning arrester

1 komentar: