petir 70kv

5/25/2018 petir 70kv

1/10

1

Analisa PerbaikanLightning PerformanceSUTM 70 kV

Pekalongan Bengkulu

Suparjo1*, Yuli Rodiah1

1Program Studi Teknik Elektro Universitas Bengkulu, * Email: [email protected]

ABSTRAK

Kerapatan sambaran petir sekitar SUTM 70 kV di

Bengkulu memungkinkan terjadinya gangguan

pensuplaian. Telah dilakukan penelitian jaringan

transmisi terhadap sambaran petir untuk

menganalisa lightning performance menggunakan

metode IEC dimana tahanan kaki menara dianggap

konstan/tidak mengalami ionisasi. Hasil evaluasi

lightning performanceSUTM 70 kV Bengkulu adalah1,3491 gangguan/tahun. Kemungkinan perbaikan

menurunkan lightning performance yaitu 40%

dengan penambahan isolator hantaran, 59,4%

dengan penambahan kawat tanah dan 70% melalui

pemasangantransmission line arrester(TLA).

Kata kunci: back flashover, lightning performance,

shielding flashover.

1.PENDAHULUAN

Letak Bengkulu yang berada pada koordinat 5 40'

2 0' LS dan 100 40' 104 0' BT, berhadapan

langsung dengan samudra Hindia dan dikelilingi oleh

Bukit Barisan, memungkinkan pembentukan muatan

dalam awan petir (awan Comulonimbus) sehingga terjadi

kerapatan sambaran petir yang mengakibatkan suplai

daya ke konsumen menjadi terganggu. Berdasarkan data

dari PT. PLN (Persero) P3B Sumatra Unit Pelayanan

Transmisi Bengkulu, dampak gangguan petir bisa dilihat

dari banyaknya isolator yang pecah seperti pada tahun

2008, sebanyak 85% isolator hantaran yang pecah

merupakan akibat sambaran petir

Lightning performance merupakan probabilitaskegagalan suatu proteksi yang disebabkan oleh gangguan

petir. Untuk mendapatkan sistem proteksi yang seoptimal

mungkin pada SUTM, menara, serta peralatan pada gardu

induk terhadap gangguan petir yang mungkin terjadi maka

perlu dilakukan evaluasi lightning performancedan kajian

perbaikannya berdasarkan kondisi iklim dan performa

sistem SUTM 70 kV di Bengkulu.

2.TINJAUAN PUSTAKA

A. Gangguan Petir dan Angka KeluarSatuan gangguan atau angka keluar akibat

sambaran petir diberikan dalam jumlah gangguan per

100 km per tahun. Untuk keperluan perhitungan,

gangguan petir pada kawat tanah dibagi lagi dalam 3

(tiga) macam gangguan, tergantung pada tempat dimana

petir menyambar kawat tanah, yaitu:

1. Gangguan petir pada menara transmisi, yaitu kawattanah yang cukup dekat ke menara.

2. Gangguan petir pada seperempat gawang (span).3. Gangguan petir pada pertengahan gawang.B. Tingkat Isolasi Saluran Udara

Bagian yang paling rentan dari saluran udara adalah

isolator. Sambaran petir yang terjadi baik pada kawat

fasa, menara, maupun kawat tanah berpotensi

menimbulkan flashover jika isolator tidak mampu

menahan tegangan lebih yang muncul.

Saluran udara dibangun dengan berbagai macam

konstruksi dan isolator biasanya terdiri dari berbagai

jenis material isolasi dengan kekuatan yang berbeda.

Faktor-faktor yang mempengaruhi flashover pada

isolator diantaranya:

1. Kondisi atmosfer, misalnya kelembaban udara, curahhujan, dan kontaminan,

2. Polaritas dan laju perubahan tegangan lebih,3. Faktor fisik, misalnya panjang isolator, bahan

konduktif, dan konfigurasi jaringan.

Kekuatan material isolasi terhadap tegangan lebih

dinyatakan sebagai tingkat isolasi dasar/TID (Basic

Insulation Level/BIL). BIL menggambarkan besar

tegangan impuls maksimum yang dapat diberikan pada

material isolasi sehingga material akan tetap tahan

dengan probabilitas 90%. Untuk isolator, ukuran ini

adalah Critical Flashover/CFO. CFO berarti besar

tegangan impuls petir maksimum dengan probabilitas

ketahanan isolator sama dengan 50%. Kombinasi dan

konfigurasi isolator pada saluran akan memberikan nilai

CFO yang berbeda, besarnya CFO dapat ditentukan [2]

32

50% 1 0,7510

KV K kV

t

= +

(1)

dengan,

K1= 0,4 panjang isolator (l)

K2= 0,71 panjang isolator (l)

t = waktu tembus, s

Panjang isolator merupakan total jumlah piringan/

disc yang digunakan, sehingga panjang isolator sangat

ditentukan oleh jumlah piringan isolator yang digunakan.

5/25/2018 petir 70kv

2/10

JurnalAmplifierVol. 2 No. 1, Mei 2012

2

Gambar1. Impedansi Satu Kawat Tanah

C. Impedansi Surja Kawat Tanah, FaktorGandengan dan Impedansi Surja Menara

Besarnya impedansi surja dari kawat tanah tunggal

dengan tidak adanya pengaruh korona adalah,

260 ln tg

hZr

=

(2)

dengan,

ht = tinggi kawat tanah pada menara

Zg = impedansi surja kawat tanah

r = jari-jari konduktor kawat tanah

Faktor gandengan antara kawat tanah dan kawat

fasa merupakan perbandingan impedansi surja kawat

fasa (Za1) dan impedansi surja kawa tanah (Z11). Untuk

sistem dengan satu kawat tanah seperti pada Gambar 1,

besarnya faktor gandeng k adalah,

1

11

aZ

kZ

=

(3)

dengan,

1

1

1

'60 ln

a

aZ

a

=

(4)

11 22 gZ Z Z= = (5)

Jika bidang referensi adalah tanah, jarak antara

kawat tanah pada menara dan bayangannya GW'adalah

a = 2h. X1 merupakan jarak vertikal kawat tanah dan

kawat fasa, sedangkan b merupakan setengah jarak antar

kedua kawat fasa, maka

2 2

1 1a x b= + (6)

2 2

1 1

' ( - )a a x b= +

(7)

Untuk dua kawat tanah digunakan persamaan

Impedansi bersama yang tidak dipengaruhi korona

(Gambar 2).

1

1

1

60 lnf

f

f

bZ

a

=

(8)

Gambar2. Impedansi Dua Kawat Tanah

2

2

2

60 lnf

f

f

bZ

a

=

(9)

12

12

12

60 lnb

Z

a

=

(10)

Besarnya impedansi surja kawat tanah dan faktor

kopling untuk jaringan dengan dua kawat tanah adalah

11 12

2g

Z ZZ

+= (11)

1 2

11 12

f fZ Z

kZ Z

+=

+ (12)

Impedansi surja menara dihitung menurut

persamaan Sergeant dan Daveniza yang mengelom-

pokkan menara berdasarkan strukturnya sehingga

impedansi menara dapat dihitung.

Untuk menghitung impedansi surja menara jenis

ini,

2 2

2

2( ( )30 ln

( )

m

t

m

h rZ

r

+=

(13)

dengan,

h= tinggi menara

rm= jari-jari menara transmisi

D. Penangkapan Petir oleh Saluran Transmisi

Suatu saluran transmisi di atas tanah dapat

dikatakan membentuk bayang-bayang listrik pada tanah

yang berada di bawah saluran transmisi itu. Petir yang

biasanya menyambar tanah di dalam bayang-bayang itu

akan menyambar saluran transmisi sebagai gantinya,

sedangkan petir di luar bayang-bayang itu sama sekali

tidak menyambar saluran. Koefisien terusan a pada

puncak menara untuk gelombang yang datang dari dasar

menara,

1

2

2

g

g t

Za

Z Z=

+ (14)

Dengan koefisien pantulan bpada puncak menara:

1b a= (15)

5/25/2018 petir 70kv

3/10

ISSN: 2089-2020

3

Ketika terjadi sambaran, maka akan terjadi induksi

tegangan pada puncak menara yang berpotensi

timbulnya flashover. Tegangan pada puncak menara ini

akan berjalan ke dua sisi jaringan, dengan karakteristik

yang sama.

Besarnya tegangan pada puncak menara dapatdihitung,

kV2

g t oo

g t

Z Z Ie

Z Z t=

+

(16)

Saat terjadinya sambaran, maka terjadi juga

pantulan gelombang pada dasar menara yang besarnya,

t

t

R Zd

R Z

=

+

(17)

Besarnya tegangan lebih akibat sambaran petir akan

langsung dirasakan oleh isolator hantaran, baik itu yang

menyebabkan terjadinya flashover maupun yang tidak

sampai terjadinya flashover. Flashover akan terjadi

apabila tegangan pada isolator sama dengan atau lebih

besar dari tegangan api kritis isolator/CFO. Tegangan

pada isolator dihitung dengan rumus,

1

2 1

3 2 1

2(1 ) 2 ( )

42 ( )

3 62 ( )

t ta

t ti o a

t ta

h hxk t d t b k t

c c c

h hxV e d b t b k t

c c c

h hxd b t b k t c c c

+ + +

= + +

+

(18)

E. Probabilitas Terjadinya Tembus/Busur Api

Hal yang paling merasakan efek terjadinya

tegangan lebih adalah isolator, akan tetapi tidak semua

tegangan lebih yang tejadinya menyebabkan terjadinya

tembus/busur api. Tembus/busur api sangat ditentukan

oleh tegangan api kritis/CFO isolator hantaran yang

digunakan. CFO isolator sendiri sangat dipengaruhi

oleh panjang isolator yang digunakan, semakin panjang

isolator maka harga CFO akan semakin tinggi,

sehingga kemungkinan untuk terjadinya tembus

semakin kecil.

Muka gelombang petir yang menyambar sa luran

transmisi berkisar antara 0,5 2 s, ini karena pada

waktu itu gelombang pantulan negatif dari menara yang

berdekatan sudah sampai pada menara yang disambar

petir, dan gelombang ini akan memperkecil tegangan

pada menara. Tabel 1 memberikan hubungan antara

waktu tembus, besar arus petir dan seringnya terjadi.

Sedangkan hubungan waktu dan untuk mencapai

nilai puncak dengan seringnya petir terjadi, dapat dilihat

pada Tabel 2.

Untuk saluran ganda (2 penghantar), probabilitas

terjadinya tembus / probabilitas gangguan merupakan

TABEL 1

HUBUNGAN ANTARA ARUS PETIR DAN SERINGNYA TERJADI [2]

Besarnya Arus Puncak

Petir (kA)Seringnya Terjadi

20 36

40 3460 20

80 8

100 1,2

160 0,5

200 0,3

TABEL 2HUBUNGAN ANTARA WAKTU UNTUK MENCAPAI PUNCAK DAN

SERINGNYA TERJADI [2]

Waktu untuk Mencapai Harga Puncak

(mikro-sekon)

Seringnya

Terjadi0,5 7

1,0 23

1,5 22

2,0 48

Gambar3. Lebar Jalur Perisaian terhadap Sambaran Petir

total kemungkinan terjadinya tegangan yang melebihi

tegangan api kritis / CFO isolator yang digunakan,

0,5 1,0 1,5 2,0S S S S FL F L F L F L F LP P P P P

= + (19)

Suatu jaringan dapat dibuat sebagai suatu bayang-

bayang listrik. Lebar bayang-bayang listrik dari suatu

saluran transmisi (W) telah diberikan oleh Whitehead

(Gambar 3):2

( 4 ) meter W b h= + (20)

Jumlah Sambaran Petir

Jumlah sambaran Petir ke bumi adalah sebanding

dengan jumlah hari guruh per tahun atau Iso Keraunic

Level (IKL) ditempat itu. Untuk Indonesia digunakan,

N= 0,15IKL

dengan,

N = jumlah sambaran per km2per tahun

IKL = jumlah hari guruh per tahun

Jadi jumlah sambaran pada saluran transmisi pertahun sepanjang 100 km adalah,

20, 015 ( 4 ) sambaran/100kmLN IKL b h= + (21)

5/25/2018 petir 70kv

4/10


4

Jumlah gangguan pada saluran transmisi SUTM

dan SUTT, probabilitas untuk terjadinya gangguan

pada SUTM dan SUTT adalah 0,6 maka besarnya

gangguan.

0BFOR 0,6 L FLN N P= = (22)

F. Sistem Proteksi Petir pada Saluran Transmisi

Kawat Tanah

Provost mengemukakan suatu resume yang sangat

baik mengenai peranan kawat tanah, adapun isi

resumenya adalah:

1. Untuk sudut perlindungan 180 perisai kawattransmisi itu baik.

2. Untuk sudut perlindungan 300 kurang baik, dan3. Untuk sudut perlindungan > 400 jelek.

Kemudian Konstenko, Poloroy, dan Rosenfeld

mengemukan bahwa jumlah gangguan petir karena

kegagalan perisaian adalah sebagai fungsi dari sudut

perisai dan tinggi menara ht, jadi jumlah gangguan

karena kegagalan perisaian,

SFOR SF LN N = = (24)

dengan,

NL = jumlah sambaran pada saluran / jaringan

= probabilitas peralihan lompatan api menjadi

busur api, untuk SUTM dan SUTT = 1

Bila sambaran petir mendekat pada jarak S dari

saluran dan bumi, sambaran petir itu akan dipengaruhi

oleh benda apa saja yang berada di bawah dan

melompati jarak S untuk mengadakan kontak dengan

benda itu. Jarak S disebut jarak sambaran, dan inilah

konsep dari teori elektro geometris. Selanjutnya bila

Xs= 0, maka dinamakan perisaian aktif (Gambar 4).

Jarak sambaran adalah sebagai fungsi dari muatan,

oleh karena itu dari arus dalam kanal dari sambaran petir

yang mendekatinya. Jarak sambaran itu diberikan oleh

Whitehead sebagai, S = 8I0,65meter.

Pada Gambar 5 Sambaran A akan mengakhiri

lompatannya pada kawat tanah karena berada pada busur

OP, dan jarak ke kawat fasa melebihi S. Sambaran C

hanya akan melompati S karena berada pada garis QR,

dan jaraknya ke kawat fasa melebihi S. Koefisien

memperbolehkan kecenderungan yang kuat bahwa jarak

sambaran akhir dari petir itu ke bumi. Harga koefisien

menurut Anderson adalah 1.

Sambaran B segera setelah mencapai busur PQ,

akan menyambar hanya kawat fasa karena jaraknya ke

kawat tanah dan bumi lebih besar dari jarak sambaran.

Dalam pembahasaan ini diasumsikan bahwa semua

sambaran vertikal. Lebar Xs adalah daerah yang tidakterlindung di mana sambaran akan mengenai kawat

fasa.

Gambar4. Perisaian Tidak Sempurna; XS = Daerah Tidak

Terlindung [2]

Gambar5. Perisaian Efektif [2]

G. Gangguan Petir pada Seperempat Jarak dan

Setengah Jarak dari Menara pada Saluran

Transmisi

Untuk gangguan pada seperempat dan setengah

gawang jarak dari menara diabaikan, hal ini karena jarakaman antara kawat fasa dan kawat tanah dan kawat fasa

ke kawat fasa sangat besar sehingga kekuatan impuls

isolasi dari udara di tempat-tempat tersebut cukup besar

untuk mencegah terjadinya lompatan api.

Perbandingan jumlah sambaran petir yang

menyambar menara atau disekitarnya adalah 60% dari

seluruh jumlah sambaran dan sisanya sebesar 40% pada

seperempat dan setengah gawang yang besarnya

berturut-turut 30% dan 10%. Harga lightning

performance dari jaringan transmisi adalah penjumlah

probabilitas jumlah gangguan pada isolator (backflashover rate).

Whitehead telah membuat pengelompokan

keandalan sistem proteksi petir dari saluran transmisi.

Hal ini bisa dilihat seperti pada Tabel 3. Lightning

Perfomance merupakan harga back flashover dan

standart trip-out adalah harga besarnya shielding

flashoverdari saluran.

Dari Tabel 3 di atas terlihat bahwa untuk harga

back flashover jaringan lebih kecil dari -1, maka sistem

proteksi dikatakan dalam keadaan terbaiknya / optimal

dengan besar hargashielding flashoverbekisar antara 0,5

0,0625. Sementara harga back flashover lebih besar

dari 1, maka sistem mulai ada masalah, dan saat

harganya 4-5 maka sistem dikatakan jelek sekali.

5/25/2018 petir 70kv

5/10

ISSN: 2089-2020

5

TABEL 3

INDEK PENILAIANLIGHTNINGPERFORMANCEWHITEHEAD [13]

Lightning

Perfomance

Standart Tripout

(10-2km-1yr-1)Indek Keandalan

-4 0 0,0625 Lightning Proof

-3 0,125

Superior Grounding and

Shielding

-2 0,25Excellent Grounding andShielding

-1 0,5Good Grounding and

Shielding

0 1Good or Fair Grounding;Good or Fair Shielding

1 2Good Grounding; FairShielding

2 4Fair Grounding; PoorShielding

3 8Poor Grounding and/orPoor Shielding

4 5 16 32Poor Grounding; PoorShielding; Low InsulationLevel or unshielded lines

3.METODE PENELITIAN

Evaluasi dalam penelitian menggunakan metode

IEC yang dapat diaplikasikan dengan baik untuk sistem

dengan tegangan menengah sampai tegangan tinggi yaitu

20 kV 150 kV. Pada metode IEC yang dipergunakan

dalam penelitian ini, pengaruh tegangan sistem dianggap

kecil sehingga bisa diabaikan.

Hasil lightning performance merupakanpenjumlahan dari probabilitas jumlah gangguan pada

isolator (back flashover rate) dan probabilitas jumlah

gangguan petir akibat kegagalan perisaian (shielding

flashover rate).

Untuk menghitung besarnya jumlah back flashover

pada isolator dapat dilakukan dengan menggunakan

persamaan (118) sedangkan untuk menghitung jumlah

shielding flashover digunakan persamaan (19),

sementara itu besarnya lightning performance sendiri

dihitung dengan persamaan (21).

Evaluasi perbaikan untuk menurunkan lightning

performancetransmisi dilakukan 3 simulasi yaitu dengan

penambahan isolator hantaran, dengan Penambahan

kawat tanah dan melalui Pemasangan Transmission Line

Arrester (TLA).

4.HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karateristik Petir Provinsi BengkuluBerdasarkan data yang dikeluarkan oleh Stasiun

Metereologi dan Geofisika (BMG) Kelas II Pulau Baai,

Bengkulu mempunyai hari guruh per tahun adalah 359

kali dengan kecuraman arus petir 18,2031 kA/s.Besarnya jumlah hari guruh di Bengkulu menurut

BMKG Pulau Baai Bengkulu (2010) adalah 50 / tahun,

Gambar6. Diagram Alir AnalisaLightning Perfomance

TABEL 4SPESIFIKASI MENARA TRANSMISI SUTM70KV

Spesifikasi Nilai

Overall height of tower (standart lower) 25,9 m

Height of lowest cross arm (standartlower)

16,8 m

Vertical spacing of cross arms :

Top and midlle conductor

Midlle and buttom conductor

2,9 m

2,9 m

Sumber : PT. PLN (Persero) P3B Sumatra, Unit Pelayanan Transmisi Bengkulu

dengan bahwa jumlah sambaran petir cenderung lebih

besar terjadi pada musim hujan, hal ini terlihat pada

bulan September, Oktober, November, dan Desember,

dengan demikian jumlah hari guruh sangat dipengaruhi

oleh cuaca. Karakteristik Petir kota Bengkulu memiliki

arus puncak (di/dt) adalah 18,2031(kA/s).

B. Data Teknis SUTM 70 kV Pekalongan-Bengkulu Menara

Menara transmisi yang digunakan adalah jenislattice, dengan satu kawat tanah yang dipasang pada sisi

puncak menara (kawat tanah berada diatas kawat fasa)

yang spesifikasinya dipelihatkan pada Tabel 4.

Kawat FasaSpesifikasi kawat fasa yang digunakan pada SUTM

70 kV diperlihatkan pada Tabel 5.

Kawat TanahSpesifikasi kawat tanah yang digunakan pada

SUTM 70 kV diperlihatkan pada Tabel 6.

IsolatorSpesifikasi isolator yang digunakan pada SUTM 70kV diperlihatkan pada Tabel 7.

5/25/2018 petir 70kv

6/10


6

TABEL 5

SPESIFIKASI KAWAT FASA SUTM70KV

Spesifikasi Nilai

Jenis material ACSR 185 cm2

Diameter 19 mm

Tegangan kawat / S 6620 kg

Andongan 1,5 m

Jari jari kawat fasa 0,0095 m

Resistansi X 0,157 ohm/km

Induktansi L 0,347 mH/km

Kapasitansi C 0,30 F/km

Tinggi rata-rata untuk, R pada menara

S pada menara

T pada menara

24,1 m

21,2 m

18,3 m


TABEL 6SPESIFIKASI KAWAT TANAH SUTM70KV

Spesifikasi Nilai

Jenis material Galvanized

Steel Wire

Diameter 9,6 mm

Tagangan/S 6500 kg

Tinggi rata-rata kawat tanah pada menara 25,9 m

Andongan 0,9 m


TABEL 7

SPESIFIKASI ISOLATOR SUTM70KV

Spesifikasi Nilai

Jenis material Ceramic

Jumlah piring 7 keping

Spacing 146 mm

Time breakdown isolator 2 s

Power power prequency withstand

Dry one minute

Wet one minute

Min. electro-mechanical failing load

70 kv

40 kV

70 kV


Tahanan Kaki MenaraBesarnya tahanan kaki menara (R) yang digunakan

adalah bervariasi antara 1 ohm-33 ohm, dengan sistem

pentanahan batang konduktor ground rod. SUTM 70 kV

Pekalongan-Bengkulu terdiri dari 172 menara, dengan

rata-rata tahanan kaki menara 5,518 ohm.

C. PerhitunganBack Flashover Rate(BFOR)

V50% dikenal sebagai CFO/tegangan api kritis

isolator, besarnya sangat dipengaruhi oleh panjang

isolator hantaran yang digunakan.

Pada SUTM 70 kV dianggap tidak terjadi korona,konfigurasi saluran menggunakan 1 (satu) kawat tanah,

dengan ht adalah tinggi kawat tanah diatas menara dan

TABEL 8

TEGANGAN API KRITIS ISOLATOR TERHADAP WAKTU TEMBUS

ISOLATOR

Muka Gelombang Petir

(s)

V50%

(kV)

0,5 4414,8611 3074,224

1,5 944,1537

2 840,2600

Gambar7. Referensi Menara

lintasan saluran adalah tanah bergelombang, maka ht= h

= 25,9 m, serta diameter kawat tanah d = 9,6 mm,

sehingga jari-jari kawat tanah r = 0,0048 m, maka

besarnya impedansi surja kawat tanah (persamaan 2);

557,1918gZ = ohm.

Faktor kopling kawat tanah merupakan

perbandingan antara impedansi surja kawat tanah danimpedansi kawat fasa terhadap bayang kawat tanah.

Faktor kopling juga dipengaruhi oleh jumlah kawat

tanah yang digunakan. Untuk menentukan besarnya

faktor kopling kawat tanah, maka dapat dibuat referensi

menara transmisi.

Besarnya faktor kopling kawat tanah dan kawat

fasa adalah 0,2612.

Impedansi menara dapat dihitung berdasarkan

persamaan Sergeant dan Daveniza, dengan struktur

menara lattice. Besarnya impedansi menara dapat

dihitung dengan Persamaan 13 adalah 175,1176ohm.Untuk menentukan besarnya harga koefisien

terusan a pada puncak menara untuk gelombang yang

datang dari dasar menara digunakan persamaan 14. Dari

perhitungan didapat Zg = 557,1918 ohm dan Zt =

175,1176 ohm. Jadi besarnya koefisien a adalah =

1,2281

Koefisien pantulan b pada puncak menara untuk

gelombang yang datang dari dasar menara (pers. 15)

yaitu 0,2281

Tegangan pada puncak menara (pers. 12)

dipengaruhi oleh arus puncak petir yang menyambarstruktur/jaringan. DiketahuiZg= 557,1918 ohm danZt=

175,1176ohm. Besarnya tegangan pada puncak menara

adalah 107,5283Io/t kV. Besarnya tegangan pada puncak

5/25/2018 petir 70kv

7/10

ISSN: 2089-2020

7

TABEL 9

PROBABILITAS TERJADINYA TEMBUS

t

(det)

I0

(kA)

Seringnya

Terjadi

(%)

Vi

(kV)

V50%

(kV)

Probabilitas

Gangguan

(%)

0,5

(7%)

20

406080

100

160200

36

34208

1,2

0,50,3

439,9737

879,94753576,9294769,329

5961,729

9538,65811923,187

4414,861

-

--8

1,2

0,50,3

1

(23%)

20

40

6080

100

160200

36

34

208

1,2

0,50,3

252,5542

505,1084

757,66262737,642

3736,277

5475,2846844,105

3074,224

-

-

--

1,2

0,50,3

1,5

(22%)

20

40

60

80100

160200

36

34

20

81,2

0,50,3

190,0810

380,1621

570,2431

760,3241950,4051

4120,8265151,168

944,1537

-

-

-

-1,2

0,50,3

2,0

(48%)

20

40

60

80

100160

200

36

34

20

8

1,20,5

0,3

158,8444

317, 6889

476,5333

635,3778

794,22223443,868

4304,564

840,26

-

-

-

-

-0,5

0,3

menara sangat mempengaruhi besar tegangan yang

menyebabkanflashoverpada isolator. Koefisien pantulan

d pada dasar menara untuk gelombang yang datang daripuncak menara (pers. 17) adalah (-0,9389). Tegangan

yang timbul pada isolator akan menyebabkan terjadi

tembus (flashover) yaitu bila tegangan pada isolator sama

dengan atau lebih dengan tegangan api kritis isolator,

besarnya tegangan yang timbul pada isolator dapat

ditentukan (persamaan 18) = 3736,277 kV.

Vimerupakan besar tegangan yang dirasakan oleh

isolator akibat tegangan lebih dari sambaran petir.

Probabilitas tembusnya isolator merupakan

penjumlahan total kemungkinan terjadinya lompatan api.

Maka probabilitas tembus total (Pers. 20) dengan saluranganda adalah = 0,03968

BFOR setiap tahun untuk SUTM 70 kV

diketahui koefisien gangguan jaringan adalah 0,6 (pers.

22) = 2,4794 gangguan per 100km.

Jadi jumlah gangguan akibat sambaran pada

kawat tanah/menara adalah 2,4794 gangguan/100 km

setiap tahunnya. Gangguan ini dikenal dengan BFOR

yaitu lewat denyar yang terjadi pada isolator akibat

tegangan yang timbul pada isolator lebih besar daripada

tegangan api kritis isolator.

Perhitungan Shielding Flashover Rate(SFOR)Perbandingan dari jumlah petir yang mengenai

kawat fasa dan jumlah petir yang mengenai saluran

TABEL 10

HARGA CFOISOLATOR TERHADAP PANJANG ISOLATOR

Panjang

Isolator/

Jumlah Disc

Muka Gelombang Petir (kV)

0,5 s 1,0 s 1,5 s 2,0 s

1,022 m/

7 disc4414,861 3074,224 944,1537 840,2600

1,168 m/

8 disc5045,749 3513,515 2924,090 960,2928

1,314 m/

9 disc5676,366 3952,535 3289,669 2927,613

transmisi dihitung dengan pers 24 setiap tahun. Jadi

jumlah gangguan akibat kegagalan perisaian SFOR =

NSF adalah 0,0104 gangguan/100 km setiap tahunnya

sehingga perlindungan jaringan dengan satu kawat tanah

sudah cukup.

LP Saluran transmisi Pekalongan-Bengkulu adalah

1,3491 gangguan /tahun

Berdasarkan tabel Indek Whitehead, maka saluran

transmisi Pekalongan-Bengkulu mempunyai indek

keandalan Good Grounding : Fair Shielding. Sistem

transmisi Pekalongan-Bengkulu mempunyai LP dengan

klasifikasi pentahanan kaki menara sudah bagus dan

perfoma shieldingnya cukup.

Kajian Perbaikan Lightning Performance SUTM 70

kV Pekalongan-BengkuluBerdasarkan harga lightning performance yang

didapat dari hasil perhitungan Good Grounding ; Fair

Shielding, maka studi perbaikan dikaji dari sisi perfoma

shielding (Fair Shielding) sementara untuk pentahanan

kaki menara sudah baik Good Grounding. Kajian

perbaikan sistem dapat dilakukan dengan tiga cara yaitu

penambahan panjang isolator hantaran sehingga akan

memperbesar harga tegangan kritis isolator (V50%),

penambahan kawat tanah untuk memperbesar sudut

perisaian kawat tanah dan pemasangan Transmission

Line Arrester(TLA).

Perhitungan Perbaikan Shielding dengan

Penambahan Isolator HantaranIsolator merupakan komponen yang berfungsi

sebagai pemisah antara bagian yang bertegangan (kawat

fasa) dengan bagian yang tidak bertegangan (menara).

Tujuan utama penambahan keping isolator adalah untuk

memperbesar nilai BIL (basic insulation level)/CFO dari

isolator hantaran. Besarnya tegangan CFO dari isolator

untuk setiap penambahan isolator dapat dilihat pada

Tabel 10.

Pada Tabel 10, harga tegangan CFO isolator semakin

besar dengan bertambahnya panjang isolator, dengan

demikian harga tegangan api kritis isolator akan semakin

besar dan selanjutnya akan memperkecil BFOR dan pada

akhirnya akan memperkecil lightning performance.

Probabilitas terjadinya tembus untuk isolator hantaran 8

disc / 1,168 m dapat dilihat pada Tabel 11.

5/25/2018 petir 70kv

8/10

Jurnal mplifier

8

PROBABILITA

t

(det)

I0

(kA)

0,5

(7%)

20

406080

100

160200

1

(23%)

20

40

60

80

100160

200

1,5

(22%)

20

40

60

80100

160

200

2,0

(48%)

20

4060

80

100

160

200

LIGHTNINGP

JumlahDics I

7

8

9

Maka

setiap tahun

LP = 0,7911

Penamb

memperbesa

akan sema

terjadinya s

dilihat harga

Berdas

performance

isolator yan

dipasang

semakin kec

yang dipasa

didapat akan

Perhitunga

PenambahaKawat

penting untu

langsung pe

Vol. 2 No. 1, M

TTERJADINYA

8DIS

Seringnya

Terjadi

(%)

36

34208

1,2

0,50,3

36

34

20

8

1,20,5

0,3

36

34

20

81,2

0,5

0,3

36

3420

8

1,2

0,5

0,3

TRFOMANCEUN

Keping /solator

FLtotal untu

adalah 1,449

gangguan / t

ahan isolat

r V50%isolato

in tinggi,

mbaran ke

LP untuk be

rkan Tabel

saluran trans

dipasang, s

aka harga

il dan sebali

g maka har

semakin turu

Perbai

n Kawat Tatanah merup

k melindungi

ir. Kawat ta

ei 2012

BEL 11EMBUS UNTUK

/1,168M

Vi

(kV)

439,9737

879,94753576,9294769,329

5961,729

9538,65811923,187

50

252,5542

505,1084

757,6626

2737,642

3736,2775475,284

6844,105

35

190,0810

380,1621

570,2431

760,3241950,4051

4120,826

5151,168

2

158,8444

317, 6889476,5333

635,3778

794,2222

3443,868

4304,564

8

BEL 12UK BERBAGAI

Lightnin(ganggu

1,3

0,7

0,6

panjang isol

gangguan /

hun.

or hantara

r sehingga h

kan tetapi

aluran. Pada

erapa variasi

11, besarny

misi sebandi

emakin panj

lightning p

knya semaki

a lightning

n (41%).

an Shiel

ahakan kompo

kawat fasa t

ah harus dip

PANJANG ISOL

50%

(kV)

Probabi

Gangg

(%)

45,749

-

---

1,2

0,50,3

15,515

-

-

-

-

1,20,5

0,3

24,09

-

-

-

--

0,5

0,3

40,26

-

--

-

-

0,5

0,3

ANJANG ISOLA

gPerfomancn/km/tahun

91

911

019

ator 8 disc ad

100 km. Sehi

hanya

rga CFO iso

tidak menc

Tabel 12, d

panjang isol

harga light

g dengan ju

ng isolator

rformance

pendek iso

erformance

ding de

nen yang sa

rhadap samb

asang sedemi

TOR

litas

an

TOR

alah

gga

kan

ator

gah

apat

tor.

ning

lah

ang

kan

ator

ang

gan

ngat

aran

kian

Ga

Ga

PR

(

0

(7

(23

1(22

2

(48

seh

ma

tan

per

stu

ka

bar8. Protek

bar9. RefereTanah

OBABILITAS TE

t

et)

I0

(kA)

Se

,5

)

20

40

6080

100

160200

%)2040

60

80

100

160200

,5%)

2040

60

80

100160

200

,0

%)

20

40

6080

100

160200

ingga mem

simal terha

h dipasang

indungan kaUntuk stud

i penambah

at tanah den

i Kawat Tana

si Menara

TABEL

JADINYA TEMB

ringnya

erjadi

(%)(k

36

34

208

1,2

0,50,3

308,

617,

925,334

4180

66898361

3634

20

8

1,2

0,50,3

197,394,

591,

788,

986,

4275534

3634

20

8

1,20,5

0,3

160,320,

480,

640,

800,3470

4338

36

34

208

1,2

0,50,3

141,

283,

424,566,

707,

30683835

berikan su

ap kawat fa

diatas kawa

at tanah dapi penambaha

n kawat tan

an jarak anta

ransmisi den

13S UNTUK DUA

i

)

V50%

(kV)

560

1120

680,682

,988

,364,976

4414,86

081163

244

325

407

,567,391

3074,22

9221844

765

687

609,697

,439

944,153

342

684

0261368

710

,533,463

840,26

ut perlind

sa. Pada um

t fasa. Seca

at dilihat padn kawat tan

h dengan m

r kawat tanah

gan 2 Kawa

AWAT TANAH

Probabilitas

Gangguan

(%)

1

-

-

--

-

0,50,3

4

--

-

-

-

0,50,3

7

--

-

-

-0,5

0,3

-

-

--

-

0,50,3

ngan yang

mnya kawat

a geometris,

Gambar 8.h, dilakukan

nggunakan 2

2 meter sert

5/25/2018 petir 70kv

9/10

PERBANDING

Jumlah k

1 kawat tan

2 kawat tan

Gambar10. P

Keterangan: 1

2

3

jenis dan m

sama. Pen

konfigurasi

kawat tanah

kawat tanah

Besarn

dengan 2 (d

merupakan

akibat tegantegangan Vi

Visecara le

dapat dilihat

Maka

adalah, LP

Penam

lightning p

penambahan

banyak kare

keseluruhan,

lama untuk

Perhitunga

Penggunaa

TLA

pada jaring

TLA adalah

kawat fasa

kawat fasa

tegangan itu

sebagai p

tegangan in

dilengkapi

lebih lang

langsung ke

TANHARGA LIG

VARIASI

wat tanah

ah

ah

emasangan TL

. Pemasangan

. Pemasangan

. Pemasangan

aterial kawat

mbahan k

saluran, ter

akan memp

dengan kawa

a impedansi

a) kawat tan

esar teganga

gan lebih damenyebabka

gkap untuk b

pada Tabel 1

LP total un

0,5473 gang

ahan kawa

rformance

memerluka

a akan meru

disamping

erealisasika

Perbai

Transmissi

erupakan j

n transmisi

ketika terja

yang menye

yang berj

akan disalu

enetralisisrn

uksi yang y

engan kond

ung ke t

tanah).

BEL 14TNING PERFOR

AWAT TANAH

Jumla

1,3491 gan

0,5473 gan

pada Jaringa

TLA langsung

TLA dari Isola

TLA pada leng

tanah yang

wat tanah

utama men

ngaruhi fakt

fasa.

surja kawat t

ah adalah =

n yang diras

i sambaran p tembus pa

erbagai muk

3.

uk panjang

guan / tahun.

tanah da

sebesar 59,

sumber

ah konfigur

itu memerlu

nya.

an Shiel

n Line Arre

enis arrester

(menara). P

i sambaran

babkan tega

lan ke du

kan secara l

a sehing

ng terjadi p

ktor yang

nah (penet

ANCE UNTUK D

gangguan

guan/km/tah

guan/km/tah

n

pada kawat fas

or

an isolator

digunakan ad

akan mer

ra. Penamb

or kopling a

nah untuk si

68,3435 oh

kan oleh iso

etir, tidak sea isolator. H

gelombang

isolator 10

at menuru

%, akan t

aya yang l

si jaringan se

kan waktu

ding de

ster (TLA)

yang dipa

rinsip kerja

etir langsun

ngan lebih

sisinya,

ngsung ke t

a mengur

da isolator.

engalirkan

alisir tega

UA

n

n

a

alah

bah

han

tara

tem

. Vi

ator

muaarga

etir

disc

kan

tapi

ebih

cara

ang

gan

ang

dari

g ke

ada

aka

nah

angi

LA

arus

gan

Ga

PR

(

0,(7

(23

1,(22

2,(48

har

pe

dit

dir

me

per

me

z=

Ta

bes

Se

me

dipPe

me

bar11. Pem

OBABILITAS TE

et)

I0

(kA)

Se

5)

2040

60

80

1016

20

%)

20

40

6080

10

1620

5%)

2040

60

80

10

16

200%)

2040

60

8010

16

20

Dengan de

ga lightning

asangan TL

njukan pada

TLA yang

presentasika

Dari Gamb

perkecil ta

aikan de

ggunakan sp

10 ohm.

Tahanan k

anan kaki

arnya nilai k

akin besar

ara akan s

asang parallambahan T

ara.

delan TLA

TABELJADINYA TEMB

ringnya

erjadi

(%)(k

3634

20

8

1,20,5

0,3

378,756,

3075

4101

51268202

1025

36

34

208

1,2

0,50,3

182,

364,

546,728,

910,

39464932

3634

20

8

1,2

0,5

0,3

116,233,

349,

466,

582,

932,

31593634

20

81,2

0,5

0,3

83,8167,

251,

335,419,

670,

838,

ikian maka

erformance

pada salu

Gambar 10.

dipasang pa

seperti pada

ar 11, dapat

anan kaki

gan pena

esifikasi TL

aki menara

enara R h

efisien pant

LA yang di

emakin keci

el terhadapA akan m

I

15S DENGAN PEM

i

)

V50%

(kV)

274547

,850

,043

,236,086

,743

4414,86

205

410

614819

1024

,302,742

3074,22

8491697

546

394

243

788

,318

944,153

700341

011

682352

363

704

840,26

akan dapat

ari sistem. B

an transmisi

a saluran tra

Gambar 11.

dilihat bah

enara (C).

bahan TL

98 kV/10 k

aru adalah

nya akan

lan d pada

asang, maka

l. Hal ini

tahanan kemperkecil

SSN: 2089-2020

9

SANGAN TLA

Probabilitas

Gangguan

(%)

1

--

-

-

1,20,5

0,3

4

-

-

--

-

0,50,3

7

--

-

-

-

-

0,3--

-

--

-

-

memperkecil

erikut contoh

sebagaiman

nsmisi, dapa

a TLA akan

Untuk studi

A, dengan

MCOV dan

0,2929 ohm.

empengaruhi

asar menara.

tahanan kaki

karena TL

aki menara.ahanan kaki

5/25/2018 petir 70kv

10/10


10

TABEL 16

PERBANDINGAN HARGA LIGHTNING PERFOMANCE JARINGAN TANPA

TLADAN JARINGAN DENGAN PEMASANGANTLA

Indek Harga LP

(gangguan/tahun)

Jaringan tanpa TLA 1,3491

Jaringan dengan TLA 0,2697

Maka PFL total untuk panjang isolator 10 disc

adalah,PFL= 0,0078. DiketahuiNL= 104,1398 sambaran

per 100 km/tahun, dan NSF = SFOR = 0,0104, maka

setiap tahun adalah No = BFOR adalah 0,4874

gangguan/100 km. Jadi LP = 0,2697 gangguan/tahun

Pemasangan TLA dapat meningkatkan lightning

performancesebesar 79%, penggunaan TLA merupakan

alternatif termudah dan cepat, karena selain fleksibel dan

mudah diaplikasikan juga dapat meningkatkan lightning

performance yang signifikan, akan tetapi harga masih

mahal.

Dari ketiga opsi studi perbaikan untuk diatas, maka

dapat dibuat suatu kesimpulan dan perbandingan dalam

hal pemasangan/instlasi.

Penambahan isolator hantaran merupakan opsi

yang paling mudah untuk dilakukan dan dari segi

pendnaan juga murah, karena isolator yang ada dapat

langsung diganti dengan yang baru. Penambahan

piringan isolator tidak mencegah terjadinya lebih

tegangan akan tetapi memperbesar CFO isolator saja.

Penggunaan TLA memberikan kemudahan dalam

pemasangan akan tetapi masih mahal (0,2697

gangguan/tahun), sedangkan penambahan kawat tanah

memerlukan waktu yang lama dan pendanaan yang besar

karena merubah konfigurasi jaringan yang ada, akan

tetapi dapat meningkatkan sistem proteksi terhadap petir

yang signifikan (lihat Tabel 13).

Studi perbaikan dengan penambahan kawat tanah

dan pemasangan TLA dapat menurunkan LP sehingga

membuat proteksi sistem dari good grounding : Fair

Shieldingmenjadigood grounding : good shielding.

5.KESIMPULAN

1. SUTM 70 kV Pekalongan-Bengkulu mempunyailightning performance 1,3491 gangguan/tahun,

sehingga dikelompokkan pada kategori Good

Grounding ; Fair Shielding.

2. Studi perbaikan yang dilakukan adalah penambahanisolator hantaran, penambahan kawat tanah, dan

pemasangan TLA. Pemasangan TLA merupakan studi

perbaikan yang paling mudah dan murah serta

memberikan hasil yang memuaskan yaitu dapat

menurunkan lightning performance sebesar 70%.

Dengan demikian LP jaringan transmisi Pekalongan-

Bengkulu dapat ditingkatkan darigood grounding:fairshieldingmenjadigood grounding:good shielding.

REFERENSI

[1] Ian, Stefanus H., Evaluasi Sistem Proteksi Petir PadaSUTT dan GI 150 kV Batam. Institut Teknologi

Bandung, Bandung, 2008.

[2] Hutauruk, T.S., Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja,Penerbit Erlangga, Jakarta, 1991.

[3] Wikipedia, Profil Provinsi Bengkulu. Fromhttp://id.wikipedia.org/wiki/bengkulu. diakses pada 15:42,6 Januari 2011, Bengkulu.

[4] Zoro, Reynaldo, Induksi dan Konduksi GelombangElektro Magnetik Akibat Sambaran Petir Pada Jaringan

Tegangan Rendah, Institut Teknologi Bandung, Bandung,

2009.

[5] Rakov, Vladimir A. dan Martin A. Uman, Lightning:Physics and Effects, Department of electrical and

Computer Engineering University of Florida, 2003.

[6] R. Bhattarai, R. Rashedin, S. Venkatesan, A. Haddad, H.Griffiths, dan N. Harid, Lightning Performance of 275

kV Transmission Lines, High Voltage Energy Systems

Group, School of Engineering, Cardiff University, United

Kingdom, 2009.

[7] Rizk, A.M. Farouk, Modeling of Transmission LinesExposure to Direct Lightning Strokes, 1990.

[8] M.T. Correia Barros, dkk, Methodologies for evaluatingthe Lightning Performance of Transmission Lines.

[9] A. Phayomhom dan S. Sirissumranukul, LightningPerformance Improvement of 115 kV and 24 kV Circuits

by External Ground in MEAs Distribution System, The

International Conference on Sustainable Development, vol

12 -14, November 2008.

[10]Rui Zhang, dkk, Lightning Protection PerformanceAssessment of Shielding Failure for EHV Transmission

Lines, The International Conference on ElectricalEngineering, 2009.

[11]Abduh, Syamsir dan Angga Septian, Analisa GangguanPetir Akibat Sambaran Langsung Pada Saluran Transmisi

Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV. JETri, Trisakti, 2009.

[12]Becker, Amy E, A Study of Lightning Flashes AttendingPeriods of Banded Heavy Snowfall. University of

Missouri, Columbia, 2007.

Documents

petir 70kv