Volume 05, No. 1, May 2021, page 27 - 31

## JEE
Jurnal Edukasi Elektro https://journal.uny.ac.id/index.php/jee
Investigasi Tegangan Lebih Transien akibat Sambaran Petir pada Gardu Induk 150 kV
Setyo Adi Nugroho 1* 1 ITS PKU Muhammadiyah Surakarta
1 setyo0623@gmail.com* *corresponding author

## ABSTRACT

## Article Info
Electrical  energy  is  the  essential  things  that  we  need  in  any  aspect  of  the  like industry, hospital, school, etc. Therefore, the transmission of electrical power has to be reliable and continuous. However, those ideal condition is hard to achieve in  daily  basis  because  if  disruption  like  lightning  impulse.  Arrester  is  a  device that  prevents  or  stops  overvoltage  disruption.  In  this  research,  two  kinds  of arrester  are  compared  and  modeling  substation  devices  using  simulation software  ATPDraw.  The  simulation  result  shows  us  that  the  Q150NA121A arrester has outstanding performance with an overvoltage value of 454 kV. In the other side, Q150NB121A arrester has overvoltage value at 579 kV.
Article history Received: March 10 th , 2021 Revised: May 28 th , 2021 Accepted: May 30 th , 2021
Keywords arrester, ATPDraw, lightning, overvoltage.

## ABSTRAK
Energi  listrik  merupakan  kebutuhan  yang  sangat  penting  pada  setiap  sektor seperti pendidikan, industri, rumah sakit, dan lain-lain. Oleh sebab itu penyaluran energi  listrik  diharapkan  memiliki  kontinyuitas  dan  kehandalan  yang  tinggi, namun  dalam  praktiknya  hal  tersebut  sulit  tercapai  disebabkan  karena  berbagai macam  gangguan  salah  satunya  gangguan  tegangan  lebih  impuls  petir.  Arester adalah  peralatan  yang  saat  ini  banyak  digunakan  secara  luas  untuk  mengurangi dan  mencegah  gangguan  tegangan  lebih.  Pada  penelitian  ini  dua  tipe  arester dibandingkan  serta  memodelkan  peralatan  yang  ada  pada  gardu  induk  dengan menggunakan  simulasi  ATPDraw.  Hasil  simulasi  menunjukkan  bahwa  arester tipe  Q150NA121A  mempunyai  kinerja  yang  sangat  baik  dengan  nilai  tegangan lebih sebesar 454 kV. Sedangkan untuk arester tipe Q150NB121A nilai tegangan lebih sebesar 579 kV.

## PENDAHULUAN
Gardu induk merupakan komponen penting  pada  sebuah  sistem  tenaga  listrik mengingat  fungsinya  sebagai  penyuplai  energi listrik dari pusat pembangkit listrik ke konsumen dan  sebagai  penghubung  jaringan  interkoneksi, gardu  induk  dapat  di  klasifikasikan  berdasarkan besaran  tegangannya,  pemasangan  peralatannya, dan  fungsinya  (S.  A.  Ali,  2013).  Perusahaan listrik  negara  di  Indonesia  yaitu  PT.  PLN
menggunakan  sistem  tegangan  150  kV  dalam menyalurkan  energi  listriknya  ke  gardu-gardu induk melalui sistem transmisi udara ( overhead ).
Suplai  energi  listrik  ke  konsumen diharapkan memiliki kontinyuitas dan kehandalan yang tinggi oleh sebab itu berbagai upaya telah banyak dilakukan agar hal tersebut dapat  tercapai  (M.  B.  Nappu,  A.  Arief,  and  S. M. Said, 2018). Beberapa gangguan yang dapat mempengaruhi  suplai  energi  listrik  antara  lain adalah gangguan tegangan lebih akibat
sambaran  petir  yang  dapat  menyebabkan kenaikan  tegangan  sistem  sehingga  akan merusak sistem isolasi dan merusak peralatan.
Peralatan untuk sistem 150 kV dirancang dengan  kekuatan  isolasi  dasar/ basic  insulation level (BIL)  sebesar  650  kV  (standar  IEEE C62.22,  2013).  Arester  adalah  alat  proteksi yang  banyak  digunakan  untuk  mengurangi tegangan  lebih  dan mencegah  kerusakan  akibat sambaran petir. Penelitian yang telah dilakukan sebelumnya  menganalisis  pemasangan  arester pada saluran transmisi untuk evaluasi bacflashover ,  analisis  pemasangan  arester  pada sisi  gardu  induk  belum  dilakukan  (J.  Sardi,  J. Ong,  and  C.  Chian,  2010).  Sehingga  pada penelitian ini akan dilakukan analisis pemasangan  arester  pada  gardu  induk  dengan beberapa  tipe  yang  berbeda  sehingga  dapat dipilih tipe arester yang tepat.

## METODE
Pada  penelitian  ini  akan  dibandingkan dua  tipe  arester  berbeda  yang  diterapkan  pada gardu  induk  PLN  150  kV  untuk  mengetahui kinerja  dari  masing-masing  arester  dalam kordinasi  proteksi  berdasarkan  standar  IEEE C62.22  BIL  peralatan  150  kV  yaitu  650  kV. Arus  impuls  petir  diterapkan  untuk  menguji kinerja arester tersebut menggunakan perangkat lunak  ATPDraw,  berdasarkan  standar  IEC bentuk gelombang impuls petir yaitu 1,25 x 50 ms  (S.  A.  Hosseini,  M.  Mirzaie,  and  T. Barforoshi, 2015).
Tabel 1. Spesifikasi Arester Tipe Tegangan (Kv) BIL (kV) Panjang (m) Q150NA121A 150 669 1,798 Q150NB121A 150 788 2,07
Berikut  ini  kontruksi  dari  kedua  buah  model arrester  (Q150NA121A  dan  Q150NB121A) ditunjukkan oleh Gambar 1.
Gambar 1. Konstruksi Arester (Q150NA121A
dan Q150NB121A)
Spesifikasi ketinggian dari setiap konduktor  yaitu  konduktor  fasa  dan  konduktor pentanahan  ( ground )  seperti  yang  ditunjukan pada  tabel  2  diperlukan  pada  penelitian  ini, supaya  dapat  diketahui  lonjakan  tegangan tertinggi  pada  tiap  fasa  berdasarkan  perbedaan ketinggiannya.
Tabel 2. Ketinggian Setiap Konduktor Parameter Nilai Satuan Tinggi Ground Wire 40,55 meter Tinggi Fasa R 38,55 meter Tinggi Fasa S 34,85 meter Tinggi Fasa T 31,15 meter
Setelah  semua  data  dikumpulkan  maka langkah  berikutnya  adalah  memodelkan  setiap peralatan  yang  ada  pada  gardu  induk  150  kV. Nilai  pentanahan  pada  penelitian  ini  di kondisikan  konstan  pada  nilai  0,2  Ohm. Pengukuran  tegangan  lebih  dilakukan  pada  sisi primer transformator daya dan arester diletakan dengan jarak 7 meter sesuai dengan pengukuran di lapangan.
Gambar 2. Pemodelan Sistem Pada ATPDraw
Gambar  2  adalah  pemodelan  dari  setiap peralatan  sistem  tenaga  listrik  yang  ada  pada gardu  induk  maupun  sistem  transmisi.  Arus petir disimulasikan dengan model Heidler yang diparalel  dengan resistor  400  Ohm  dan menara transmisi 150 kV dimodelkan dengan menggunakan model menara JMarti.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Analisis Tegangan Lebih Tanpa
Terpasang Arester
Investigasi pertama pada penelitian ini yaitu  sambaran  petir  pada  konduktor  tanpa terpasangnya  arrester  di  gardu  induk  atau transformator  daya  dengan  nilai  arus  petir sebesar 10 kA.
Gambar 3. Tegangan Lebih Tanpa Terpasang Arester
Berdasarkan  hasil  simulasi  seperti  yang ditunjukkan  Gambar  3,  tegangan  lebih  yang melewati  transformator  daya  nilainya  melebihi dari  BIL  peralatan,  fasa  C mengalami  lonjakan tegangan  paling  tinggi  dibandingkan  dengan fasa lainnya yaitu sebesar 2,83 MV, sedangkan fasa  A  dan  B  sebesar  537  kV  dan  682  kV. Kondisi ini dapat menyebabkan kerusakan pada transformator  daya  sehingga  perlu  dilakukan pengurangan  dan  pencegahan  tegangan  lebih akibat sambaran petir tersebut.
(file jee.pl4; x-var t) v:X0065A v:X0065B v:X0065C 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 [ms] -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 [MV]

## B. Analisis  Tegangan  Lebih  dengan  Arester Tipe Q150NA121A
Investigasi berikutnya adalah melakukan pemasangan  peralatan  arester  pada  terminal transformator  yaitu  untuk  fasa  C,  karena  pada fasa  tersebut  lonjakan  tegangan  terjadi  sangat tinggi.  Tipe  arester  yang  akan  dipasang  yaitu Q150NA121A dengan rating tegangan 150 kV. Karakteristik non-linier arester tersebut didapatkan  dengan  berpedoman  pada  kurva yang  diusulkan  oleh  IEEE  WG  3.4.11  yang dikalikan  dengan  level  tegangan  impuls  petir ketika bernilai 10 kA ( I. W. G. 3.4.11. ,1992) .
Gambar 4. Tegangan Lebih Saat Terpasang Arester (Q150NA121A)
Berdasarkan  hasil  simulasi  seperti  yang ditunjukkan  oleh  Gambar  4,  tegangan  lebih pada  terminal  transformator  berkurang  sampai dibawah nilai standar BIL. Tegangan lebih pada fasa C menjadi sebesar 454 kV, sedangkan pada fasa  A  dan  B  sebesar  457  kV  dan  551  kV. Sehingga  dapat  dikatakan  bahwa  transformator aman dari tegangan lebih impuls petir.
C. Analisis  Tegangan  Lebih  dengan  Arester Tipe Q150NB121A
Investigasi yang terakhir yaitu melakukan pemasangan arester seperti investigasi sebelumnya  tetapi  dengan  tipe  arester  yang berbeda  yaitu  tipe  Q150NB121A.  Hasil simulasi  dapat  dilihat  pada  Gambar  5  berikut ini.
Gambar 5. Tegangan Lebih Saat Terpasang Arester (Q150NB121A)
Tegangan  lebih  yang  dihasilkan  arester  tipe Q150NB121A  menunjukkan  hasil  yang  lebih besar dibandingkan dengan tipe arester Q150NA121A  yaitu  pada  fasa  C  sebesar  579 kV sedangkan untuk fasa A dan B  sebesar 462 kV  dan  559  kV.    Dari  ketiga  investigasi  yang telah  dilakukan,  dapat  disajikan  dalam  bentuk grafik seperti Gambar 6 berikut.
Gambar 6. Grafik Perbandingan Tegangan lebih

## Setiap Arester

## SIMPULAN
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk membandingkan  kinerja  dari  arester  tipe Q150NA121A  dan  arester  tipe  Q150NB121A menggunakan  perangkat  simulasi  ATPDraw. Dari  hasil  penelitian  dapat  diambil  beberapa kesimpulan sebagai berikut:
1. Pemasangan arester pada terminal transformator  dapat  mengurangi  tegangan lebih  sangat  signifikan,  terutama  pada  fasa yang  mengalami  sambaran  petir  pada penelitian ini yaitu fasa C.
(file jee.pl4; x-var t) v:X0065A v:X0065B v:X0065C 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 [ms] -500 -280 -60 160 380 600 [kV] (file jee.pl4; x-var t) v:X0065A v:X0065B v:X0065C 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 [ms] -600 -400 -200 0 200 400 600 [kV]
2. Penggunaan  arester  tipe  Q150NA121A dapat  mengurangi  tegangan  lebih  mencapai 43,17%  dari  standar  BIL  sedangkan  untuk tipe  arester  tipe  Q150NB121A  hanya mencapai 12,26% dari standar BIL. Sehingga  sangat  disarankan  pada  gardu induk  150  kV  untuk  memasang  arester dengan  tipe  yang  tepat  agar  tegangan  lebih yang  diakibatkan  oleh  sambaran  petir  tidak melebihi nilai BIL peralatan.

## DAFTAR RUJUKAN
IEEE  Std  C62.22a,  2013. IEEE  Guide  for  the Application of Metal-Oxide Surge Arresters for Alternating-Current Systems . IEEE. I.  W.  G.  3.4.11.  1992. Protective  Devices Committee’s  subcommittee. Trans.
Power Deliv., vol. 7, no. 1, pp. 302–309. J.  Sardi,  J.  Ong,  and  C.  Chian.  2010. “Evaluation of Surge Arrester
Requirement  for  Overhead  Transmission Line  using  Electromagnetic  Transient Program,”  IEEE  Int.  Conf.  Power Energy , pp. 985–988.
M.  B.  Nappu,  A.  Arief,  and  S.  M.  Said.  2018. The  Placement  of  the  Transmission Lightning  Arrester  (  TLA  )  at  150  kV Network  using  Fuzzy  Logic .    pp.  347–
352.
S.  A.  Ali.  2013. Design  of  lightning  arresters for  electrical  power  systems  protection .
Adv. Electr. Electron. Eng . vol. 11, no. 6, pp. 433–442, doi: 10.15598/aeee.v11i6.661.
S.  A.  Hosseini,  M.  Mirzaie,  and  T.  Barforoshi. 2015.  Impact  of  Surge  Arrester  Number and  Placement  on  Reliability  and Lightning  Overvoltage  Level  in  High Voltage  Substations. Int.  J.  Electr. Power  Energy  Syst. ,  vol.  65,  pp.  146– 158,  doi: 10.1016/j.ijepes.2014.09.037.