DESAIN PROTEKSI PETIR DENGAN METODE ROLLING SPHERE LINE TRANSMISI 150KV BULUKUMBA-SINJAI-BONERicky Cahya Andrian PLN Tragi Bulukumba, PLN AP2B Sistem Sulsel, PLN Wilayah Sultanbatara Email : arrester97@yahoo.com

ABSTRAKTragi Bulukumba membawahi 5 buah Gardu Induk dengan transmisi terbentang mulai dari GI Tallasa sampai dengan GI Bone yang berada di jalur antara laut dan gunung yang memiliki awan cumulonimbus yang banyak yang menyebabkan terjadinya gangguan akibat sambara petir. n Transmisi 150kV Bulukumba-Sinjai-Bone adalah transmisi yang rawan petir. Dari data relay, terdapat sekitar 3 kali gangguan dalam tahun 2010 ini. Solusi untuk mengatasi masalah ini dengan memperbaiki desain proteksi petir dengan menggunakan metode rolling sphere (bola gelinding). Dari hasil desain, didapat, fasa S-T (atas dan tengah) dari transmisi masuk dalam area unprotected, sehingga diperlukan penambahan finial air baik itu conventional atau early streamer untuk menambah ruang protected area. Ditambah dengan down conductor yang memiliki nilai L(induktansi) rendah dan penambahan grounding rod untuk mempercepat peluahan arus petir ke tanah sehingga menghindari terjadinya BFO (Back Flash Over). Kata Kunci : sambaran petir, proteksi petir, rolling sphere, finial air, down conductor, grounding

1. LATAR BELAKANG Selama bulan Januari sampai dengan November 2010 ini, terjadi 4 kali gangguan transmisi Bulukumba-Sinjai-Bone yang disebabkan oleh sambaran petir sebagai berikut :Tabel 1. Data Gangguan Line Transmisi Akibat Petir NO 1 2 3 HARI/TANGGAL Selasa/13 April10 Selasa/13 April10 Rabu/23 Juni10 PUKUL 20:34 WITA 20:34 WITA 22:24 WITA LINE TRANSMISI Bulukumba-Sinjai Bulukumba-Bone Bulukumba-Bone INDIKASI Zone1 S-Ground 1.71km Zone1 S-Ground 8.29 km Zone1 R-T-Ground 29.07km

2. URAIAN MAKALAH Tragi Bulukumba membawahi 5 Gardu Induk, yaitu GI Tallasa, GI Jeneponto, GI Bulukumba, GI Sinjai dan GI Bone. Transmisi yang menghubungkan 5 Gardu Induk ini terletak di jalur antara laut dan gunung yang memiliki banyak awan cumulonimbus yang menghasilkan petir.

Ol t li i i i i

it , t

i ti l il

t

i

t

i M t

ti

t lli l S

i i iz (M t i i t: B l

). H l lD t it t i i ti i i t t i

l

i i i

. Hi t i . M Hi t i i l l

i t l l i ti j t i ti i (Di t ) it

P ti

t j i titi

i t j l i t t i i l li (i . S i i t). i. H l i i

i

l

t i

2. .

angguan ine ine ransmisi l t , i l titi t IB l i

ulukumba

one ij . i IB l

D i i t i t l i i

PS i i t:

l

titi

29.07 KM DARI GI BULUKUMBA

. . R t SU

B l SI j i B

S T R TWR 83 TWR 84 TWR 82 84 TWR 85

TOWE

83

TOWE

84

I TWR 83Gambar . . K

Ii i W R t mpat t rjadi

TAS TWR 83

3. ANALISIS S t l i

AN PE t titi ti l

AHASAN i t j li i. U t il i K il i i . , il t liti i D l S l l iS l t j t , ilit i t: i , Di t i D t , I tit t l ) l i t t i t

ti , iI i , K l iB

i i l

i t ti ti ( i

t i ti P ti ,S t

" !

a angguan

Tabel 3.1. Karakteristik Petir di daerah Tropis di Indonesia K Arus Puncak i t i ti P ti aksimum P l it Tangkuban Perahu Jawa Barat Probability 50% Rata-rata 335 kA 40 kA 41 kA 119 kA/s 30 kA/s 4.1 12.4 7.9 15.52 2

N

tif

P l it

280 kA

298 kA

392 kA 18 kA 30 kA 120 kA/s 20 kA/s 1.5 3.8

Penulis mengambil angka probability 50% untuk petir positif yaitu 18kA untuk i

kecuraman di/dt yaitu 20kA/s. Sambaran petir pada S TT didominasi oleh sambaran langsung pada kawat fasa atau kawat tanah

menghitung besarnya tegangan lebih yang ditimbulkan oleh petir ini terhadap S TT . 3.1. S m L P d K w tF ; Surge impedance untuk saluran 150kV adalah 300 Ohm dan BIL

isolator utk 150kV adalah 255kV. Sehingga 2700 V >> 255 V, terjadi flashover pada isolator sehingga relay akan membaca gangguan dan mentripkan P T di kedua sisi Gardu Induk.

VL

i/2

iP d K w tT h (G

Gambar 3.1. Sambaran langsung pada kawat fasa

3.2. S m

L

Sambaran pada kawat tanah atau menara ini menyebabkan terjadinya kenaikan tegangan yang dapat menyebabkan terjadinya BFO Back Flash Over pada isolator tower.

i = arus petir ambil angka 18kA probability 50% dari data penelitian table 3.1 dibagi 3

1

Kerapatan Sambaran Total sambaran/km /tahun

1

Kerapatan Sambaran sambaran/km /tahun

0

0

1

Kecuraman di/dt

aksimum

Probability 50%

ground wire , oleh karena itu, kita perlu

i/2

VL

d Wi ) At

M

'( '# $ # (Pmax

#) & '# $ # (

2 $ & % ' $ & % #$ # 2

itif

10

0

dan

RE = tahanan impuls pembumian Ohm

ambil angka 1 Ohm

L=induktansi menara ambil angka 1 /m standar 150kV x tinggi menara m di/dt = kecuraman arus puncak petir ambil angka 20kA/s probability 50% petir positif

ntuk tower transmisi 150kV Bulukumba -Sinjai-Bone yang normal, tinggi tower = 40 meter, sehingga >> BIL isolator 150kV 255kV

ari hasil perhitungan, terjadi BFO

Back Flash Over ) di isolator sehingga relay akan

membaca gangguan dan mentripkan P T di kedua sisi Gardu Induk.

i i/3

i/3

groundwire VL

L

i/3 di/dt

Gambar 3.2. Sambaran langsung pada tower transmisi

REntuk mengatasi masalah di atas, baik itu sambaran langsung ke kawat fasa maupun sambaran langsung ke tower atau groundwire yang masing -masing menyebakan terjadinya flasover di isolator sehingga relay membaca gangguan dan mentripkan P T di kedua sisi Gardu Induk, maka penulis mendesain sistem proteksi petir transmisi dengan memperbaiki 3 item yang disebut dengan LPS external yaitu : 1. Sudut perlindungan petir dari groundwire air terminal ) 2. 3. enurunkan angka L induktansi) down conductor ) emperbanyak rod grou nding dari tower grounding system )

enurut level proteksi petir mengacu pada IEC 62305 -1 sebagai berikut :

Table 3.2. Minimum values of lightning parameters and related rolling sphere radius corresponding to LPL

I t c pti

C it i Sym l U it kA m 3 20Table 3.3.

LPL I 5 30 II 10 45 III 16 60 IV

Minimum Peak Current Rolling Sphere Radius

I r

Probabilities for the limits of the lightning current parameters

P

ility th t li ht i

c

tp

m t I II 0.96 0.97

LPL III 0.97 0.91 IV 0.97 0.84

Smaller than the maxima defined in Table 3 Greater than the minima defined in table 4 3.3. P i S d t P li d P ti d i G dwi

0.99 0.99

esain LPS eksternal yang dikenal ada beberapa metode yaitu : 1. Cone protection method 2. Faraday Cage Methode 3. Metode Rolling Sphere bola gelinding) 4. Metode collection volume Sistem proteksi konvensional yang dikenal dan digunakan oleh PLN adalah sistem proteksi kerucut, yaitu metode sederhana dengan membuat daerah lindung sesuai dengan konduktor tegak yaitu cara ke-1. Cara ke-2 yaitu Sangkar Faraday digunakan untuk proteksi petir terhadap gedung atau b angunan. Cara ke -3 yang akan dibahas kemudian dengan menggunakan bola gelinding. ntuk cara ke -4, mirip dengan cara ke -3, tetapi model

penggambarannya menggunakan parabola.

60 m 15o 40 m 30o 45oGambar 3.3. Sistem Proteksi Petir Model Kerucut

20 m

D i

i t

t t

i li

t

i

t

,

t

t t ili

SU t

ti i

i t:

t ,

Gambar .4.Sudut P rlindungan Groundwire terhadap awat fasa dengan metode erucut

i li t i

t

i

l li i i t Si j i B I , i i l i t: t

t l t

t

l t

(shielding failure), l li i (rolling sphere), ti (i) ; li l B l t

(j i j i)

l

A it l ilit , i l

U t A, D t l i 6kA i

t i i i lli it li i i t l level IV, l t i 6 me er. IE 623 i i , l l t

6

6

3

.H li i

30o

5

4

i l i i it

l it i

X60 m 40 m Protected Area

X

Gambar . . Perlindungan petir dengan metode rolling sphere bola gelinding) atau elektrogeometri

D i t

i t ti

, t li

t

tf

t i i l i t l

t t t t t

(f t

(shielding failure), fi i l i t

t i t:

li

ti

t

9

87

S ), i l

i i t t ,

i li

(

i

i ),

i

60 m

Gambar .6. Perlindungan petir setelah penambahan finialair terminal di atas tower

S t l i l it l t t

(collection lightning), t . 3.4. Penggunaan P i i i . I . I . M ili i t i i t l il j

@

i

i

, t li ilit

t f t . S t l i t

i ti

t j

t it i i i t l

(S ) t li i i

t

fi i l i t it l j t

i

l i t i

t

i

o n

on u or t t i( ) t t : it j it V ili i il i i il i H/ . K l t i/ t. H l i i t

t i ti

i t

i ti li t i

i t i li i i

t l ti

li t i

i

l

l

t

Tabel 3. .Spesifikasi kabel down conductor merk E ICO

3.5. P

Ch ct i tic Characteristics Impedance ) Inductance n /m) Capacitance pF/m) Cross sectional area of conductor mm 2) Resistance m/m) pper Termination Voltage withstand kV) i G di T w

E1 6.7 33 750 50 0.4 200

Pada dasarnya, kaki tower transmisi yang didalamnya terdapat tulang beton dapat dimanfaatkan sebagai elektroda grounding. al ini yang dikenal dengan istilah Natural

Grounding. Elektroda dalam beton menghasilkan impedansi grounding yang lebih kecil daripada elektroda yang ditanam langsung. A wet, bebas perawatan dan juga safe atau secure. Tetapi untuk mengamankan tower kita dari terjadinya BFO

penulis mengusulkan untuk memperbanyak grounding dengan tujuan mempercepat penyebaran arus impuls petir yg mengalir melalui finial ai r dan down conductor. ntuk

mengetahui berapa kali down conductor bekerja, maka kita bisa memasang counter yang dilengkapi dengan pita magnetic yang bisa berfungsi untuk menghitung besaran i arus petir berapa kA). 4. PENUTUP 4.1. K imp l 1. Rute S TT 150kV Bulukumba-Sinjai-Bone rawan petir karena terletak di jalur antara laut dan gunung yang memproduksi awan cumulonimbus yang menghasilkan petir yang banyak 2. esain eksisting dengan menggunakan metode

rolling sphere

mengindikasikan bahwa fasa S-T atas dan tengah), masuk dalam unprotected area sehingga rentan tersambar petir 3. Solusi perbaikannya dengan memperbaiki 3 hal yaitu : menambah finial air di atas tower baik itu konvensional air atau memakai early streamer dengan tujuan menambah protected area, menggunakan kabel down conductor yang memiliki nilai L induktansi yang rendah) dan memperbanyak grounding rod dengan tujuan mempercepat peluahan arus petir di dalam tanah 4.2. U 1. l d R m d i

iusulkan untuk tower yang diindikasikan terkena samb aran petir, desain proteksinya diperbaiki dengan metode di atas. relay di Gardu Induk al ini bisa dilihat dari data historical dari distance

B

A

E2 4.5 22 1100 50 0.5 200

Back Flash Over ),

bola gelinding),