Lighting Arrester Pada Gardu Distribusi

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Umum

            Seperti yang telah kita ketahui bahwa pusat pembangkit listrik umumnya dihubungkan dengan saluran transmisi udara yang menyalurkan tenaga listrik dari 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 petir yang akan masuk ke instalasi pusat pembangkit listrik. Gelombang berjalan juga dapat berasal dari pembukaan dan penutupan pemutus tenaga atau circuit breaker(switching), surja tegangan yang disebabkan oleh switching lebih besar dari pada surja petir. Saluran udara yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan bagian instalasi pusat pembangkit listrik yang paling rawan sambaran petir dan karenanya harus diberi lightning arrester. Selain itu, lightning arrester harus berada di depan setiap transformator dan harus terletak sedekat mungkin dengan transformator. Hal ini perlu karena pada petir yang merupakan gelombang berjalan menuju ke transformator akan melihat transformator sebagai suatu ujung terbuka (karena transformator mempunyai isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga gelombang pantulannya akan saling memperkuat dengan gelombang yang datang. Berarti transformator dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surja yang datang. Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arresterharus dipasang sedekat mungkin dengan transformator.

2.2 Macam-macam gardu distribusi

Dilihat dari fungsinya, secara garis besar gardu distribusi dapat digolongkan kedalam :

1.    Gardu umum

Gardu distribusi yang menyalurkan energi listrik untuk kepentingan umum.

Gambar 2.1 Gardu Distribusi Umum

2.    Gardu khusus

Gardu distribusi yang menyalurkan energy listrik untuk konsumen tunggal.

Gambar 2.2 Gardu Distribusi Khusus Pelanggan TM

3.    Gardu Hubung

Gardu hubung berfungsi menerima daya listrik dari gardu induk yang telah diturunkan menjadi tegangan menengah dan menyalurkan atau membagi daya listrik tanpa merubah tegangannya melalui jaringan distribusi primer (JTM) menuju gardu atau transformator distribusi.

Gambar 2.3 Gardu Hubung (GH)

Lebih lanjut gardu distribusi umum dilihat dari konstruksinya dibagi menjadi :

1.    Gardu beton

Gardu distribusi jenis beton dibangun permanen pada lokasi yang telah ditentukan. Umumnya gardu beton dibangun untuk konsumen khusus atau daerah perkotaan yang sudah mantap planaloginya.

Seluruh komponen utama instalasi yaitu transformator dan peralatan switching/proteksi, terangkai didalam bangunan sipil yang dirancang, dibangun dan difungsikan dengan konstruksi pasangan batu dan beton (masonrywall building).

Konstruksi ini dimaksudkan untuk pemenuhan persyaratan terbaik bagi keselamatan ketenagalistrikan

Gambar 2.4 Bagan satu garis gardu distribusi beton.

2.    Gardu kios

Gardu tipe ini adalah bangunan prefabricated terbuat dari konstruksi baja, fiberglass atau kombinasinya, yang dapat dirangkai di lokasi rencana pembangunan gardu distribusi. Pada mulanya gardu kios ini dibuat dengan cara menutup semua peralatan gardu seperti trafo, alat pemisah, pemutus dan perlengkapan TM/TR lainnya dalam kios metal sehingga gardu ini juga dinamai dengan gardu metal enclosed. Terdapat beberapa jenis konstruksi, yaitu kios kompak, kios modular dan kios bertingkat. Gardu ini dibangun pada tempat-tempat yang tidak diperbolehkan membangun gardu beton.

Karena sifat mobilitasnya, maka kapasitas transformator distribusi yang terpasang terbatas. Kapasitas maksimum adalah 400 kVA, dengan 4 jurusan tegangan rendah.

Gambar 2.5 Denah Gardu Kios

3.     Gardu Portal

Gardu portal adalah gardu trafo yang secara keseluruhan instalasinya dipasang pada 2 buah tiang atau lebih.

Umumnya konfigurasi Gardu Tiang yang dicatu dari SUTM adalah T section dengan peralatan pengaman Pengaman Lebur Cut-Out (FCO) sebagai pengaman hubung singkat transformator dengan elemen pelebur (pengaman lebur link type expulsion) dan Lightning Arrester (LA) sebagai sarana pencegah naiknya tegangan pada transformator akibat surja petir.

Gambar 2.6 Gardu Portal

4.     Gardu Cantol

Pada gardu distribusi tipe cantol, transformator yang terpasang adalah transformator dengan daya ≤ 100 kVA Fase 3 atau Fase 1. Transformator terpasang adalah jenis CSP (Completely Self Protected Transformer) yaitu peralatan switching dan proteksinya sudah terpasang lengkap dalam tangki transformator. Perlengkapan perlindungan transformator tambahan LA (Lightning Arrester) dipasang terpisah dengan penghantar pembumiannya yang dihubung langsung dengan badan transformator. Perlengkapan Hubung Bagi Tegangan Rendah (PHB-TR) maksimum 2 jurusan.

Gambar 2.7.  Gardu Tipe Cantol.

2.3 Transformator distribusi

2.3.1 Teori Dasar Transformator

Transformator adalah suatu peralatan listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik dari suatu rangkain listrik ke rangkaian listrik yang lain melalui suatu gendengan/kopling magnit dan berdasarkan perinsip elektromagnit.

Gambar 2.8. Transformator.

Transformator terdiri dari beberapa jenis yaitu transformator tegangan, transformator arus, transformator distribusi, dan transformator daya. transformator tegangan dan arus bisanya digunakan sebagai alat bantu pengukuran dan sebagai alat bantu proteksi, yang penggunaanya bersama-sama. sedangkan untuk pasokan beban menggunakan transformator distribusi dan transformator daya.

2.3.2 Prinsip kerja transformator distribusi

Transformator merupakan suatu alat listrik / mesin listrik statis yang di gunakan untuk mentransformasikan daya atau energi listrik arus bolak balik dari tegangan menengah ke tegangan rendah atau sebaliknya pada frekuensi yang sama melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi elektromagnet.

Prinsip kerja Transformator adalah berdasarkan hukum ampere dan hukum faraday yaitu arus listrik dapat menimbulkan medan magnet dan sebaliknya medan magnet dapat menimbulkan arus listrik, jika pada salah satu kumparan pada Transformator diberi arus bolak balik maka jumlah garis gaya magnet berubah – ubah akibatnya pada sisi primer terjadi induksi, sisi sekunder menerima garis gaya magnet dari sisi primer yang jumlahnya berubah ubah pula, maka disisi sekunder juga timbul induksi, akibatnya antara dua ujung terdapat beda tegangan.

Transformator daya berfungsi untuk menyalurkan energi listrik sekaligus menaikan atau menurunkan tegangan. Misalnya transformator pada system pembangkit tenaga listrik adalah untuk menaikan tegangan keluaran generator. Selanjutnya energy listrik tersebut disalurkan melalui system transmisi ke gardu induk. Pada transformator di gardu induk, tegangan tinggi di turunkan ke tegangan menengah yang kemudian disalurkan ke gardu distribusi. Sedangkan di gardu distribusi transformator berfungsi sebagai penurun tegangan dari tegangan menengah 20 Kv ke tegangan rendah 380 v, sehingga bisa dipergunakan oleh konsumen tegangan rendah.

2.4  Saluran Udara Tegangan Menengah

2.4.1 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.

2.4.2 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.

LA dipasang antara SUTM dan CO

Apabila SUTM terkena gangguan surja petir, maka arus gangguan akan diamankan LA dan selanjutnya disalurkan ketanah. Apabila SUTM tersambar surja petir, maka arus gangguan akan diamankan CO lebih dan arus sisa gangguan akan diamankan lebih lanjut oleh LA.

1. PHB-TR

Perlengkapan Hubung Bagi jaringan distribusi tegangan rendah, PUIL mensyratkan sebagai berikut:

• Pada jaringan distribusi tegangan rendah, PHB-TR berfungsi sebagai titik pencabangan jaringan dan sambungan pelayanan.
• Instalasi PHB-TR pasangan luar dan pasangan dalam harus memenuhi persyaratan keamanan dan keselamatan lingkungan, persyaratan teknis elektris dan mekanis, serta harus dilindungi dari kemungkinan kerusakan mekanis.
• Pada setiap unit PHB-TR harus mempunyai peralatan minimal;
• Satu sakelar  masuk sirkit masuk
• Satu proteksi arus pada sirkit keluar atau kombinasi proteksi dan sakelar (MCB atau MCCB).
• Arus minimal sakelar masuk minimal sama besar dengan arus nominal penghantar masuk atau arus maksimal beban penuh.
• Besar arus yang mengalir pada rel harus diperhitungkan sesuai kemampuan rel, temperature ruang dan kerja tidak boleh melebihi 65 _­­^oC.
• Pemasangan rel telanjang harus sedemikian rupa sehingga memenuhi persyaratan jarak 5 cm + 2/3 kV dari system tegangan nominal.

PHB-TR adalah suatu perlengkapan listrik yang berfungsi sebagai pengendali, penghubung dan melindungi, serta membagi tenaga dari sumber tenaga listrik ke suatu beban atau pemakai. Untuk instrument ukur indicator dan terminasi, PHB-TR diisyaratkan sebagai berikut:

• Harus dipasang paling sedikit instrument indikator dengan warna yang sesuai.
• Panel PHB-TR utama pada gardu distribusi (GTT) harus dipasang instrument ukur minimal Volt meter dan Ampere meter.
• Instrument indicator harus disambung pada sirkit masuk sebelum saklar masuk.
• Sambungan sirikit pada PHB harus memakai sepatu kabel yang sesuai dengan jenis metalnya dan ukuran penghantar serta harus dijepit/dipress pada penghantar, KHA terminal sepatu kanel harus minimum sama dengan kemampuan sakelar dari sirikit yang bersangkutan rangkaian.
• Pemegang kabel harus dapat memikul gaya berat, gaya tekan dan gaya tarik, sehingga gaya tersebut tidak akan langsung dipikul oleh gawai listrik lain.

 

 

2.5. Arus pelepasan nominal

Arus pelepasan nominal adalah arus pelepasan dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang digunakan untuk menentukan kelas dari arrester sesuai dengan kemampuan melakukan arus dan karakteristik perlindungannya.

Kelas penangkal petir terdiri 10 kA ; 5 kA ; 2,5 kA : 1,5 kA.

1.Kelas arus 10 kA yang digunakan untuk perlindungan gardu yang besar dengan frekuensi sambaran petir yang cukup tinggi dengan tegangan sistem diatas 70 kV.

2.Kelas arus 5 kA digunakan untuk tegangan dengan sistem kurang 70 kV.

3.Kelas arus 2,5 kA digunakan untuk gardu-gardu kecil dengan tegangan sistemdibawah 22 kV, dimana kelas 5 kA tidak lagi ekonomis.

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

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

Untuk mencari besarnya arus pelepasan dari arrester, maka terlebih dahulu kita harus mencari besarnya impedansi terpa dari hantaran, dimana dapat menggunakan persamaan sebagai berikut :

                _{Z = 60 In} 

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

r = jari –jari penghantar (  m²   )

Seperti yang ditunjukan gambar 2.9, 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).

Pengaruh Tegangan kerja terhadap jarak maksimum Pemasangan arrester dengan nilai tegangan kerja yang semakin besar akan diperoleh nilai jarak maksimum penempatan arrester di depan peralatan ( trafo ) di gardu induk semakin kecil. Hal ini dikarenakan semakin besar tegangan kerja arrester maka faktor perlindungan yang diberikan arrester terhadap peralatan semakin kecil. Tegangan kerja menentukan faktor perlindungan dari arrester dimana faktor perlindungan adalah selisih antara TID peralatan dengan tingkat perlindungan arrester ( 1,1 x tegangan kerja arrester ).12. Pengaruh Jarak arrester terhadap tegangan residu yang sampai ke peralatan Pemasangan arrester dengan jarak semakin dekat dengan peralatan ( kira- kira lebih kecil dari 66 m ) yang memiliki TID ( misalnya 1550 kV ) diperoleh nilai tegangan residu lebih kecil dari TID peralatan. Hal ini berarti trafo berada dalam jarak lindung yang aman dari arrester. Apabila arrester ditempatkan pada jarak lebih besar dari 66 m, diperoleh tegangan residu melebihi nilai TID trafo, sehingga trafo mengalami kegaglan isolasi. Oleh karena itu jarak arrester terhadap peralatan harus sekecil mungkin, agar tegangan residu yang sampai ke peralatan tidak melebihi tingkat isolai peralatan itu sendiri