Perhitungan Gangguan Petir Pada Jaringan Tegangan Menengah (20KV)

1 Umum

Jaringan distribusi yang tergelar di alam bebas dimana banyak gangguan – gangguan listrik yang dialaminya seperti petir, pohon, atau binatang. Saluran udara untuk dirancang dengan memperhatikan keperluan listrik dan mekanis. Rancangan mekanis melibatakan tekanan dan perhitungan lentur, rancangan penopang dan lengan-lengan pemegang. Penopang harus cukup kokoh untuk menahan beban angin yang bekerja pada penopang, penghantar, isolator, lengan pemegang dan lain-lain. Rancangan listrik melibatkan pemilihan tegangan pemilihan saluran, pengaturan tegangan dan pemilihan alat pengaman. Penentuan tata letak diusahakan agar mudah mendekati untuk pengawasan dan pemeliharaan sedapat mungkin hendaklah dipasang didekat jalan.

2 Proteksi Jaringan

Tujuan daripada suatu sistem proteksi pada saluran udara tegangan menengah (SUTM) adalah mengurangi sejauh mungkin pengaruh gangguan pada penyaluran tenaga listrik serta memberikan perlindungan yang maksimal bagi operator, lingkungan dan peralatan dalam hal terjadinya gangguan yang menetap (permanen).

Sistem proteksi pada SUTM memakai :

a.    Relai hubung tanah dan relai hubung singkat fasa‐fasa untuk kemungkinan gangguan penghantar dengan bumi dan antar penghantar.

b.     Pemutus Balik Otomatis PBO (Automatic Recloser), Saklar Seksi Otomatis SSO (Automatic Sectionaizer). PBO dipasang pada saluran utama, sementara SSO dipasang pada saluran pencabangan, sedangkan di Gardu Induk dilengkapi dengan auto reclosing relay.

c.     Lightning Arrester (LA) sebagai pelindung kenaikan tegangan peralatan akibat surja petir. Lightning Arrester dipasang pada tiang awal/tiang akhir, kabel Tee–Off (TO) pada jaringan dan gardu transformator serta pada isolator tumpu.

d.    Pembumian bagian konduktif terbuka dan bagian konduktif extra pada tiap‐tiap 4 tiang atau pertimbangan lain dengan nilai pentanahan tidak melebihi 10 Ohm.

e.     Kawat tanah (shield wire) untuk mengurangi gangguan akibat sambaran petir langsung. Instalasi kawat tanah dapat dipasang pada SUTM di daerah padat petir yang terbuka.

f.     Penggunaan Fused Cut–Out (FCO) pada jaringan pencabangan.

g.     Penggunaan Sela Tanduk (Arcing Horn)

3 Lighting Arrester

Seperti yang telah kita ketahui bahwa pusat pembangkit listrik umumnyadihubungkan dengan saluran transmisi udara yang menyalurkan tenaga listrik kedari pusat penbangkit ke pusat-pusat konsumsi tenaga listrik, yaitu gardu-garduinduk (GI). Sedangkan saluran transmisi udara ini rawan sekali terhadap sambaranpetir yang menghasilkan gelombang berjalan (surja tegangan) yang dapat masuk kepusat pembangkit listrik. Oleh karena itu, dalam pusat listrik harus ada lightningarrester (penangkal petir) yang berfungsi menangkal gelombang berjalan dari petiryang akan masuk ke instalasi pusat pembangkit listrik. Gelombang berjalan jugadapat berasal dari pembukaan dan penutupan pemutus tenaga atau circuit breaker(switching).Pada sistem Tegangan Ekstra Tinggi (TET) yang besarnya di atas 350 kV, surjategangan yang disebabkan oleh switching lebih besar dari pada surja petir. Saluran udara yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan bagianinstalasi pusat pembangkit listrik yang paling rawan sambaran petir dan karenanyaharus diberi lightning arrester. Selain itu, lightning arrester harus berada di depansetiap transformator dan harus terletak sedekat mungkin dengan transformator. Halini perlu karena pada petir yang merupakan gelombang berjalan menuju ketransformator akan melihat transformator sebagai suatu ujung terbuka (karenatransformator mempunyai isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga gelombangpantulannya akan saling memperkuat dengan gelombang yang datang. Berartitransformator dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangangelombang surja yang datang. Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arresterharus dipasang sedekat mungkin dengan transformator.

 

 

4 Tegangan Pelepasan atau Tegangan sisa ( Residual Voltage)

Tegangan pelepasan atau tegangan sisa adalah tegangan yang timbul diantar terminal penangkal petir pada saat arus mengalir ke tanah. Tegangan sisa dan tegangan nominal dari suatu penangkal petir tersebut tergantung pada kecuraman gelombang arus yang datang.

Pada umumnya tegangan pelepasan tidak akan melebihi tingkat isolasi dasar ( Basic Insulation Level) dari peralatan yang dilindungi walaupun arus pelepasan maksimumnya 65 kA atau 100 kA.

Jika diketahui suatu arus surja, maka tegangan pelepasan dari suatu arrester dapat dihitung dengan grafik dibawah ini, walaupun hasil perhitungan yang didapat tidak begitu tepat dengan kondisi sebenarnya. Perhitungan  yang digunakan  yaitu  dengan  cara  mengalirkan  besarnya  tegangan  pelepasan  yang

didapat dari grafik dengan tegangan dasar dari arrester.

Untuk menghitung besarnya arus pelepasan dari arrester dapat menggunakan persamaan sebagai berikut.

       I_{a =}

Dimana :    I_a  = Arus pelepasan arrester

  V _d = Tegangan gelombang datang

  Va = tegangan kerja

   Z   = impedansi terpa dari hantaran

4 Gelombang sambaran petir

Gelombang sambaran petir ada beberapa macam yaitu :

1. Sambaran langsung

Sambaran langsung adalah sambaran yang menyebabkan tegangan lebih (over voltage) sangat tinggi yang tidak mungkin dapat ditahan oleh isolasi yang ada. Cara yang banyak dipakai untuk mencegah hal ini adalah dengan memperkuat perlindungan terhadap petir dengan kawat tanah ( ground wire) diatas gardu tiang dan saluran distribusi di dekatnya.

2. Sambaran induksi

Sambaran induksi dapat terjadi bila awan petir ada diatas peralatan yang terisolasi. Awan ini menginduksikan muatan listrik dalam jumlah besar dengan polaritas yang berlawanan dengan petir itu, maka muatan terikat itu akan kembali bebas dan menjadi gelombang berjalan yang besarnya tergantung pada keadaan peralatan itu. Tegangan induksi itu dapat berubah- ubah tergantung dari keadaan, kebanyakan besarnya antara 100-200 kV. Sambaran induksi ini tidak begitu berbahaya bagi peralatan tegangan tinggi, meskipun hal ini merupakan ancaman bagi peralatan distribusi.

3. Sambaran dekat ( sambaran tidak langsung).

Sambaran dekat adalah gelombang berjalan yang datang ke gardu tiang dari sambaran petir pada saluran distribusi pada titik yang jaraknya hanya beberapa kilometer dari gardu tiang. Besarnya dibatasi oleh tegangan lompatan dari isolator saluran itu bila rambatannya sepanjang saluran melalui beberapa tiang. Tetapi peredaman dari kecuraman muka sangat kecil, sehingga gelombang itu tetap curam jika jarak rambatan pendek. Pada beberapa keadaan, harga puncak gelombang mencapai 120 – 130 % dari BIL (Basic Insulation Level) dari peralatan gardu tiang dan kecuraman muka gelombang 500 kV.Jika perisaian dari gardu tiang dan saluran distribusinya cukup baik, gelombang tegangan yang mungkin akan datang ke gardu tiang adalah dari sambaran petir yang jauh. Gelombang berjalan yang jauh ini mungkin berasal dari sambaran langsung pada saluran

Untuk mencari besar arus terpa hantaran dapat menggunakan persamaan sebagai berikut:

                _{Z = 60 In}

Dimana : h = tinggi rata-rata kawat fasa dari permukaan tanah (m)

r = jari –jari penghantar (  m²   )

5 Saluran Distribusi

Saluran distribusi pada gardu tiang distribusi menghubungkan antara gardu tiang incoming dan gardu tiang out going. Selain itu, saluran distribusi ini juga menghubungkan antara gardu tiang incoming dan pelanggan.

Untuk tinggi gardu tiang distribusi 20 kV tingginya berkisar 12 – 20 meter, sedangkan jarak pemasangan berkisar antara 50 – 100 meter.

Untuk mencari tinggi rata – rata kawat fasa dari permukaan tanah dapat digunakan persamaan :

                                _{h =} h_{t -} 

Dimana  :  h_t   = tinggi kawat fasa teratas dengan tinggi tiang(m)

          D    = andongan kawat distribusi (m)

                 _{D =}

Dimana : W = berat penghantar persatuan panjang (kg/m) S  = Jarak antara gardu tiang distribusi (m)

T = Kuat tarik minimum dari penghantar (kg).