## ANALISA JARAK LINDUNG LIGHTING ARRESTER TERHADAP TRANSFORMATOR DAYA 20 MVA GARDU INDUK SUNGAI JUARO PALEMBANG
Abdul Azis*, H. Alimin Nurdin* *Dosen Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas PGRI Palembang email: azis@univpgri-palembang.ac.id

## ABSTRAK
Lighting  arrester merupakan  alat  proteksi  untuk  melindungi  Transformator  Daya  20  MVA  pada  Gardu Induk Sungai Juaro terhadap surja petir maupun surja hubung.  Jarak maksimum lighting arrester sangat mempengaruhi  kinerja  dari lighting  arrester tersebut  dalam  melindungi  peralatan.  Penelitian  ini menggunakan metode Diagram Tangga atau Lattice Diagram sehingga dapat diketahui gelombang yang bila  mengenai  suatu  titik  peralihan,  akan  menimbulkan  gelombang-gelombang  baru  sebagai  hasil  dari pantulan  dan  terusan.  Dari  hasil  penelitian  dapat  diketahui  bahwa  jarak lighting  arrester terhadap Transformator Daya 20 MVA yang terpasang adalah 7 m, sedangkan dari hasil perhitungan adalah 5,7812 m.  Saluran  transmisi  pada  Gardu  Induk  Sungai  Juaro  Palembang  adalah  transmisi  sirkit  ganda,  dan berdasarkan SPLN 7: 1978 bahwa untuk sistem 66 kV dengan transmisi sirkit ganda jarak antara penangkap petir  dengan  transformator  tidak  melebihi  34  m.  Berarti  jarak lighting  arrester terhadap  Transformator Daya 20 MVA masih berada dalam batasan yang telah ditetapkan oleh PT PLN. Kenaikan tegangan yang terjadi pada transformator masih berada dibawah BIL, dengan demikian dapat ditentukan bahwa peralatan masih dapat terlindungi oleh lighting arrester karena pemasangan masih dibawah harga maksimum atau belum melebihi standar BIL.
Kata Kunci: Jarak, Lindung, Arrester

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Energi listrik yang dihasilkan pembangkit disalurkan melalui saluran transmisi ke gardu induk. Dalam proses penyaluran energi listrik dari gardu induk ke konsumen seringkali terjadi gangguan,  salah  satunya  adalah  masalah  gangguan  tegangan  lebih  transien.  Tegangan  lebih transien  dapat  disebabkan  oleh  sambaran  petir.  Peralatan  yang  biasa  digunakan  untuk memproteksi gangguan akibat sambaran petir adalah Lightning Arrester (PT PLN, 2014) . Penempatan  arrester  dengan  jarak  tertentu  dapat  melindungi  peralatan  dari  gangguan tegangan  lebih  gelombang  surja  hubung  atau  transien  energi  listrik.  Saat  terjadi  gelombang berjalan  yang  menimbulkan  tegangan  lebih  terhadap  peralatan  yang  letaknya  sedikit  jauh  dari arrester,  maka peralatan  tersebut akan  tetap  terlindungi,  bila jarak  arrester  masih  dalam  radius kerja proteksi. Pada Gardu Induk Sungai Juaro Palembang, terdapat transformator dan lightning arrester yang  penempatannya  mempunyai  jarak  tertentu.  Jarak lightning  arrester dengan transformator  yang  dilindungi,  berpengaruh  terhadap  besarnya  tegangan  yang  tiba  pada transformator.  Jika  jarak lightning  arrester terlalu  jauh,  maka  tegangan  yang  tiba  pada transformator dapat melebihi tegangan yang dapat dipikulnya.

## 1.2. Tujuan
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk:
1) Mengetahui tegangan percik lighting arrester .
2) Mengetahui jarak maksimum penempatan lighting arrester .
3) Mengetahui tingkat perlindungan lighting arrester .

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Lighting arrester
Lightning arrester (LA) merupakan peralatan yang berfungsi untuk melindungi peralatan listrik lain dari tegangan surja (baik surja hubung maupun surja petir). Surja mungkin merambat di dalam konduktor saat peristiwa sebagai berikut (PT PLN, 2014):
1) Kegagalan sudut perlindungan petir, sehingga surja petir mengalir di dalam konduktor fasa.
2) Backflashover akibat nilai pentanahan yang tinggi, baik di gardu induk ataupun di saluran transmisi.
3) Proses switchin g CB/ DS (surja hubung).
4) Gangguan fasa-fasa, ataupun fasa-tanah baik di saluran transmisi maupun di gardu induk.
Pada  saat  peristiwa  surja, travelling  wave/ gelombang  berjalan  merambat  di  penghantar sistem  transmisi  dengan  kecepatan  mendekati  kecepatan  cahaya.  Surja  dengan  panjang gelombang dalam orde mikro detik ini berbahaya bila nilai tegangan surja yang tiba di peralatan lebih  tinggi  dari  level Basic  Insulation  Level (BIL)  peralatan.  Untuk  itu,  LA  dipasang  untuk memotong tegangan surja dengan cara mengalirkan arus surja ke tanah dalam orde sangat singkat, dimana pengaruh follow current tidak ikut serta diketanahkan. LA memiliki karakteristik sebagai berikut (PT PLN, 2014):
1) Pada tegangan operasi (rms): a) LA bersifat sebagai insulator. b) Arus bocor ke tanah tetap ada, namun dalam orde mili-Ampere. Arus bocor ini mayoritas adalah arus kapasitif.
2) Pada saat terjadi surja petir/ surja hubung: a) LA bersifat konduktif, dengan nilai resistansi sangat rendah. b) LA mengalirkan arus surja ke tanah dalam orde kilo-Ampere. c) LA segera bersifat insulator setelah surja berhasil dilewatkan, sehingga menghilangkan pengaruh follow current .

## 2.2. Tegangan Tertinggi Sistem
Rating tegangan arrester adalah tegangan bolak balik maksimum yang diperbolehkan pada terminal lightning  arrester ,  dimana  tegangan  ini  dapat  memutus  arus  susulan  ( power  follow current )  yang  terjadi  ketika lightning  arrester mengalami  percikan,  dimana  dalam  penentuan tegangan  ini  berguna  untuk  mengetahui  tegangan tertinggi  yang dapat dihasilkan  gardu induk. Tegangan sistem tertinggi umumnya diambil harga 110 % dari harga tegangan nominal sistem (𝑉 𝑛 ) , yaitu (Hutauruk, 1991):
𝑉 𝑚 = 1,1 × 𝑉 𝑛 ............................(1)

## 2.3. Rating Pengenal Arrester
Rating  pengenal arrester atau  tegangan  dasar arrester dapat  ditentukan  berdasarkan tegangan sistem maksimum yang mungkin terjadi. Tegangan Pengenal Arrester (𝑉 𝐶 ) merupakan karakteristik yang paling penting untuk perlindungan gardu induk. Tegangan pengenal arrester menentukan  tingkat  perlindungan  dari arrester ,  jika  tegangan  kerja arrester berada  di  bawah Tingkat Isolasi Dasar (TID) atau BIL dari peralatan yang dilindungi, maka faktor keamanan yang optimum  terhadap  peralatan  dapat  diperoleh.  Tegangan  dasar arrester atau  tegangan  pengenal arrester dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (Hutauruk, 1991):
𝑉 𝑐 =   𝑉 𝑚 × 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛 ............................(2)

## 2.4. Impedansi Surja
Untuk penghantar saluran transmisi yang memiliki andongan, tinggi penghantar dari atas permukaan tanah dapat ditentukan dengan mengurangi tinggi dari setiap penghantar pada cross arm dengan besarnya andongan. Andongan merupakan jarak lenturan dari suatu bentangan kawat penghantar antara dua menara transmisi atau lebih, yang diperhitungkan berdasarkan garis lurus
(horizontal) kedua menara tersebut. Besarnya lenturan kawat penghantar tersebut tergantung pada berat (𝑊) dan  panjang  kawat  penghantar  atau  panjang  gawang (𝑆) .  Berat  kawat  akan menimbulkan  kuat  tarik (𝑇) pada  kawat  penghantar,  yang  akan  mempengaruhi  besarnya andongan (𝐷) tersebut, yaitu (Arismunandar dan Kuwahara, 2004):
𝐷 = 𝑊𝑆 2
8 𝑇 ............................(3)
Impedansi surja untuk penghantar udara (𝑍 1 ) dipengaruhi oleh ketinggian penghantar di atas tanah (ℎ) , dan jari-jari penghantar (𝑟) , maka harus ditentukan terlebih dahulu tinggi rata-rata penghantar dari atas permukaan tanah. Maka tinggi rata-rata penghantar (ℎ) dari atas permukaan tanah adalah (Hutauruk, 1991):
ℎ = (ℎ 𝑢𝑝𝑝𝑒𝑟 − 𝐷)+(ℎ 𝑚𝑖𝑑𝑑𝑙𝑒 − 𝐷)+(ℎ 𝑙𝑜𝑤𝑒𝑟 − 𝐷) 3
............................(4)
Maka, impedansi surja untuk penghantar udara adalah (Hutauruk, 1991):
𝑍 1 = √ 𝐿 𝐶 = 60 𝑙𝑛 ( 2ℎ 𝑟 ) ............................(5)
Sedangkan impedansi surja untuk kabel dipengaruhi oleh jari-jari isolasi pembungkus kabel (𝑅) , jari-jari konduktor (𝑟) , dan permitivitas kabel (𝜖) , yaitu (Hutauruk, 1991):
𝑍 𝐶 = ( 60 𝜖 )  𝑙𝑛 ( 𝑅 𝑟 ) ............................(6)
Besar impedansi surja untuk penghantar udara adalah 400 Ω - 600 Ω, dan impedansi surja untuk kabel adalah 20 Ω - 60 Ω (Hutauruk, 1991).

## 2.5. Kecepatan Gelombang Berjalan
Suatu gelombang yang merambat dengan konstanta 𝐿 dan 𝐶 di sepanjang kawat, membuat gelombang  tegangan  dan  arus  merambat  dengan  dengan  kecepatan  yang  sama.  Selain  itu, kecepatan rambat dari gelombang tersebut juga dipengaruhi oleh suatu faktor proporsional, yaitu karakteristik  dari  kawat  yang  dilalui. Maka  didapat  kecepatan rambat  gelombang  untuk kawat udara sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝑣 = 1 √𝐿𝐶 ......................(7)

## 2.6. Tegangan Percik Lightning Arrester
Metode  pantulan  berulang  yang  biasa  diwujudkan  dalam  bentuk  diagram  tangga  adalah cara yang sesuai untuk mengamati jejak dari pemantulan suatu gelombang surja berjalan pada suatu saluran, sumbu horisontal untuk menamai garis pantulan pada saluran dan sumbu vertikal untuk menamai kenaikan waktu dari total waktu yang dibutuhkan gelombang surja untuk  melintasi  saluran  dalam  satu jurusan: 𝑆/𝑣 .  Dari  diagram  ini  bisa didapatkan nilai dari total tegangan surja pada  saluran  di  setiap  titik  dan  waktu. Penggunaan  metode  ini  dapat  dijelaskan secara  lebih  jauh  pada  penentuan  besar tegangan  surja  dan  arus  surja  untuk
Gambar 2.1. Rangkaian satu saluran V S
C
T
Z S Z 1 Saluran 1 Z T e 1 I 1
bentuk rangkaian yang diperlihatkan pada Gambar 2.1 (Hutauruk, 1991).
Titik C dan titik T pada Gambar 2.1 menandakan suatu hubungan dari dua nilai tahanan atau impedansi surja yang berbeda, saluran-1 dengan impedansi surja (𝑍 1 ) memiliki panjang total dari titik C sampai titik T sama dengan 𝑆 . Dengan menganggap 𝑍 𝑆 sebagai impedansi surja sisi sumber dan 𝑍 𝑇 sebagai impedansi surja sisi beban. Apabila tegangan surja dari sisi sumber (𝑉 𝑆 ) diberikan pada saluran-1 maka pada saluran akan timbul gelombang tegangan surja (𝑒 1 ) dan arus surja (𝑖 1 ) yang merambat dari titik C menuju titik T (Hutauruk, 1991).
Suatu gelombang surja yang sampai pada suatu titik yang menghubungkan dua impedansi surja yang berbeda (titik peralihan) akan menimbulkan gelombang surja yang dipantulkan di titik ini. Gelombang surja datang ( 𝑒 1 dan 𝑖 1 ) pada saluran-1 akan menimbulkan gelombang surja pantul di  titik  T  setelah  sampainya  gelombang  ini  di  titik  tersebut  pada  waktu 𝑡 .  Dan  selanjutnya gelombang  surja  pantul  ini  akan  merambat  dan  sampai  pada  titik  C  pada  waktu 2𝑡 dan menimbulkan gelombang surja pantul baru di titik C tersebut, gelombang surja pantul baru ini akan  kembali  merambat  menuju  titik  T  dan  menimbulkan  gelombang  surja  pantul  baru  lagi setelah sampainya di titik T pada waktu 3𝑡 . Proses pemantulan ini diulang secara terus menerus pada titik T dan titik C. Pada setiap waktu, total tegangan surja atau arus surja pada setiap titik dari saluran adalah penjumlahan dari nilai semua gelombang tegangan surja atau arus surja yang timbul  pada  saluran  di  titik  dan  waktu  tersebut.  Waktu (𝑡) adalah  waktu  yang  dibutuhkan gelombang  surja  untuk  merambat  pada  saluran-1  dari  titik  C  ke  titik  T  atau  sebaliknya,  bila kecepatan rambat gelombang surja adalah 𝑣 dan panjang saluran adalah 𝑆 maka waktu (𝑡) adalah (Hutauruk, 1991):
𝑡 = 𝑆 𝑣
............................(8)
Dimana: 𝑡 =  Waktu (detik)
𝑆 =   Panjang saluran (m) 𝑣 =   Kecepatan gelombang surja (m/  detik)
Gambar 2.1 menunjukkan gelombang surya petir datang dari kiri dan setelah gelombang mencapai titik pemasangan lightning arrester maka sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian gelombang akan diteruskan. Untuk menentukan tegangan percik lightning arrester harus ditentukan terlebih dahulu operator pantulan dan terusan (Hutauruk, 1991).
𝑎 = 𝑍 𝑐 −𝑍 1 𝑍 𝑐 +𝑍 1 𝑏 = 𝑍 1 −𝑍 𝑐 𝑍 1 +𝑍 𝑐 𝑎′ = 2𝑍 𝑐 𝑍 𝑐 +𝑍 1 𝑏′ = 2𝑍 1 𝑍 1 +𝑍 𝑐
Dimana: 𝑍 1 =   Impedansi surja untuk penghantar udara (Ω) 𝑍 𝑐 =   Impedansi surja untuk kabel (Ω)
𝑎 =   Operator pantulan untuk gelombang yang datang dari kiri
𝑏 =   Operator pantulan untuk gelombang yang datang dari kanan
𝑎  =   Operator terusan untuk gelombang yang datang dari kiri 𝑏′ =   Operator terusan untuk gelombang yang datang dari kanan
Untuk  kecuraman  gelombang  datang  pertama,  harus  ditentukan  waktu  kecuraman gelombang  memasuki  gardu  induk  atau  transformator,  dan  dimisalkan  waktu  kecuraman gelombang (𝑡) adalah setiap 2 μdetik dan surja petir (𝐴) sebesar 1.000 kV, dan faktor redaman (𝛼) adalah 𝐴 × 𝑎′ . Apabila:
i =  0, 2, 4,..... n adalah indeks dari waktu kecuraman gelombang setiap 2 μdetik dimisalkan: i = 2, 6, 10,..... n adalah indeks dari waktu kecuraman gelombang datang, dan i = 4, 8, 12,..... n adalah indeks dari waktu kecuraman gelombang pantul
j =  1, 3, 5,..... n adalah indeks dari faktor redaman
Untuk menentukan nilai tegangan pada titik sambungan kabel kawat udara dimulai pada 𝑡 = 0 ,  dan  nilai  tegangan  pada  waktu  selanjutnya  merupakan  jumlah  antara  nilai  tegangan sebelumnya  dengan  faktor  redaman.  Nilai  tegangan  gelombang  pantul  adalah  sama  dengan gelombang datang. Maka tegangan pada titik sambungan kabel-kawat udara pada saat lightning arester tidak ada untuk setiap 2 μdetik adalah (Hutauruk, 1991): 𝑡 = 0 μdetik; 𝑒 𝑡=0 = 0 𝑡 = 2 μdetik; 𝑒 𝑡=2 = 𝑒 𝑡=0 + 𝛼 1 /10 0 𝑡 = 4 μdetik; 𝑒 𝑡=4 = 𝑒 𝑡=2 𝑡 = 6 μdetik; 𝑒 𝑡=6 = 𝑒 𝑡=4 + 𝛼 1 /10 0 + 𝛼 3 /10 4 𝑡 = 8 μdetik; 𝑒 𝑡=8 = 𝑒 𝑡=6 𝑡 = 10 μdetik; 𝑒 𝑡=10 = 𝑒 𝑡=8 + 𝛼 3 /10 4 + 𝛼 5 /10 8 𝑡 = 12 μdetik; 𝑒 𝑡=12 = 𝑒 𝑡=10
Kemudian  waktu  percik lightning  arester (𝑡 𝑆0 ) pada  lokasi  pemasangan arester dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝑡 𝑠𝑜 =  8 +  𝑡 ............................(9)
Dimana: t so =   Waktu percik lightning arester (μdetik)
8 =   Waktu pada saat 8 μdetik
 t  =   Waktu tegangan berdasarkan waktu muka gelombang (μdetik) Sedangkan  waktu  tegangan  berdasarkan  waktu  muka  gelombang lightning  arester (  t)  dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝐸 𝑎 =   𝑒 𝑡=8 +   𝑏 ′ ( 𝛼 3 /10 4 2 ) ∆t
∆t = (𝐸 𝑎 −   𝑒 𝑡=8 )/𝑏 ′ ( 𝛼 3 /10 4 2 ) ............................(10)
Dimana:  t  =   Waktu tembus atau waktu lompatan api (μdetik) V a =   Tingkat isolasi dasar lightning arester (kV) e t=8 =   Tegangan pada titik sambungan pada waktu 8 μdetik b  =   Operator terusan untuk gelombang yang datang dari kanan Selanjutnya  dapat  ditentukan  tegangan  pelepasan  atau  tegangan  kerja (𝑒 𝑡=𝑡 𝑆0 ) dari lightning  arrester. Tegangan  kerja  atau  tegangan  pelepasan  merupakan  salah  satu  faktor  yang menentukan tingkat perlindungan dari penangkap petir. Jika tegangan kerja penangkap petir ada di  bawah  BIL  dari  peralatan  yang  dilindungi,  maka  faktor  keamanan  yang  cukup  untuk perlindungan peralatan yang optimum dapat diperoleh. Tegangan pelepasan/tegangan kerja dari lightning arrester dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝑒 𝑡=8+∆t =   𝑒 𝑡=8 + ( 𝑒 𝑡=10 − 𝑒 𝑡=8 2 ) ∆𝑡 ............................(11)
𝑒 𝑡=10+∆t =   𝑒 𝑡=8+∆t − ( 𝑒 𝑡=10 − 𝑒 𝑡=8 2 ) (2𝜇𝑡 − ∆𝑡) ............................(12)

## 2.7. Naik Tegangan Pada Transformator
Naik tegangan pada transformator merupakan tegangan yang timbul pada saat terjadi surja hubung.  Apabila  tegangan  yang  timbul  dibawah  tingkat  isolasi  dasar  transformator,  maka transformator  dapat  dilindungi.  Naik  tegangan  pada  transformator  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝑡 = 0 μdetik; 𝑒 𝑡=0 = 0 𝑡 = 2 μdetik; 𝑒 𝑡=2 = 0 𝑡 = 4 μdetik; 𝑒 𝑡=4 = 𝑒 𝑡=2 + 2𝛼 1 /10 0 𝑡 = 6 μdetik; 𝑒 𝑡=6 = 𝑒 𝑡=4 𝑡 = 8 μdetik; 𝑒 𝑡=8 = 𝑒 𝑡=6 + 2𝛼 3 /10 4 𝑡 = 10 μdetik; 𝑒 𝑡=10 = 𝑒 𝑡=8 𝑡 = 10 + ∆t μdetik; 𝑒 𝑡=10+∆t = 𝑒 𝑡=10 + ( 𝑒 𝑡=10 +𝛼 5 /10 8 − 𝑒 𝑡=6 2 ) ∆𝑡

## 2.8. Jarak Lightning Arrester Terhadap Transformator Daya
Meskipun yang paling baik adalah menempatkan arrester sedekat mungkin dengan alat yang dilindungi, tetapi dalam praktek kadang-kadang hal ini tidak memungkinkan jika jarak itu terlalu  jauh.  Tegangan  abnormal  yang  sampai  pada  terminal  dari  peralatan  akan  lebih  tinggi daripada  tegangan  pelepasan  dan arrester .  Hubungan  antara  tegangan  terminal  dari  alat  yang dilindungi dan jarak dari arrester adalah sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝐸 𝑇 =   𝐸 𝑎 +  2 𝐴 𝑆 𝑣 𝑆 =   (𝐸 𝑇 − 𝐸 𝑎 ) 𝑣/2𝐴 ............................(13)

## 2.9. Tegangan Tembus Isolator Udara
Besaran  tegangan  yang  timbul  pada  isolator  transmisi  tergantung  pada  kedua  parameter petir,  yaitu  puncak  dan  kecuraman  muka  gelombang  petir.  Tidak  semua  sambaran  petir  dapat mengakibatkan lompatan api ( flashover ) pada isolator karena juga bergantung dari besar tegangan yang timbul dan tidak melebihi tegangan tembus pada isolator (𝐸 50% ) (Hutauruk, 1991) .
𝐸 50% =   (𝐾 1 + 𝐾 2 ∆𝑡 0,75 ) × 10 3 ............................(14)
Dimana: 𝐸 50% =   tegangan tembus isolator (kV) 𝐾 1 = 0,4 ×  𝑊 K 2 = 0,71 ×  𝑊 𝑊 =   Panjang rentengan isolator (m)
 𝑡 =   Waktu tembus atau waktu lompatan api (μdetik)

## 2.10. Arus Pelepasan Nominal
Arus pelepasan nominal adalah arus dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang  digunakan  untuk  menentukan  kelas  dari  arester  sesuai  dengan  kemampuan  arus  dan karakteristik  pelindungnya.  Untuk  arus  pelepasan  dalam  peristiwa  gelombang  berjalan  dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut (Hutauruk, 1991):
𝐼 𝑎 = 2𝐸 50% − 𝐸 𝑎 𝑍 1 ............................(15)
Dimana:
𝐼 𝑎 =   Arus pelepasan arrester (kA) 𝐸 𝑑 =   Tegangan gelombang datang (kV) (berdasarkan tegangan tembus isolator 𝐸 50% ) 𝐸 𝑎 =   Tegangan kerja arrester (kV) 𝑍 1 =   Impedansi surja untuk penghantar udara (Ω)

## 2.11. Faktor Perlindungan (Protection Margin)
Faktor  perlindungan  adalah  besar  perbedaan  tegangan  antara  BIL  dari  peralatan  yang dilindungi  dengan  tegangan  kerja  dari  arester.  Pada  waktu  menentukan  tingkat  perlindungan
peralatan yang dilindungi oleh arester umumnya diambil harga 10 % diatas tegangan kerja dari arester,  tujuannya  untuk  mengatasi  kenaikan  tegangan  pada  kawat  penghubung  dan  toleransi pabrik.  Besar  faktor  perlindungan  ini  umumnya  20  %  dari  BIL  peralatan  untuk  arester  yang dipasang  dekat  peralatan  yang  dilindungi.  Faktor  Perlindungan  (FP)  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝐹𝑃(%) = 𝐵𝐼𝐿 – 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑟𝑙𝑖𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 𝑇𝐼𝐷 × 100% ............................(16) Dimana: 𝐹𝑃 =   Faktor perlindungan 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑟𝑙𝑖𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 = 𝐸 𝑎 + 10% ( panjang kawat + toleransi pabrik) 𝐵𝐼𝐿 =  Tingkat  Isolasi  Dasar  (TID)  berdasarkan  peralatan  yang dilindungi yaitu transformator.

## 3. METODE PENELITIAN
Diagram alir metode penelitian dapat dilihat pada gambar 3.1.
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian
Mulai Observasi Gardu Induk Sungai Juaro Tragi Boom Baru Identifikasi dan Rumusan Masalah
Studi Pustaka
Data-data Penelitian ✓ Data Transformator Daya ✓ Data Lightning Arrester ✓ Data menara dan saluran transmisi Perhitungan ✓ Impedansi Surja ✓ Tegangan Percik Lightning Arrester
✓ Naik Tegangan Pada Transformator Daya
✓ Jarak Lightning Arrester Terhadap Transformator Daya
✓ Tegangan Tembus Isolator Udara
✓ Faktor Perlindungan
Analisa dan Pembahasan
Selesai
Penelitian dimulai dengan melakukan observasi ke lokasi penelitian, kemudian melakukan pengumpulan data operasional berupa data Transformator Daya, Data Lightning Arrester , Data menara dan saluran transmisi. Data yang sudah didapatkan kemudian dianalisa dan selanjutnya diproses agar dapat dipergunakan dalam perhitungan-perhitungan guna mendapatkan impedansi surja, tegangan percik lightning arrester , naik tegangan pada transformator daya, jarak lightning arrester terhadap transformator daya, tegangan tembus isolator udara, dan faktor perlindungan. Selanjutnya menganalisa semua hasil perhitungan, kemudian menganalisis tingkat perlindungan lighting arrester .

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Gardu  Induk  Sungai  Juaro  berfungsi  menyalurkan  daya  listrik  sesuai  dengan  kebutuhan pada tegangan tertentu yang berasal dari Gardu Induk Boom Baru. Untuk menunjang keandalan sistem tenaga listrik tersebut diperlukan alat pelindung peralatan listrik pada Gardu Induk Sungai Juaro dari bahaya tegangan lebih dari luar dan dalam. Alat pelindung tersebut adalah lightning arrester . Lightning  arrester merupakan  alat  proteksi  bagi  peralatan  listrik  terhadap  tegangan lebih, yang disebabkan oleh surja hubung dan surja petir. Lightning arrester bersifat sebagai by- pass di sekitar isolasi yang membentuk jalan dan mudah dilalui arus petir ke sistem pentanahan sehingga tidak menimbulkan tegangan lebih yang tinggi yang merusak isolasi peralatan listrik. Jadi pada kerja normal arester itu berlaku sebagai isolator dan bila timbul surja dia berlaku sebagai konduktor,  jadi  melewatkan  arus  yang  tinggi.  Setelah  surja  hilang,  arester  harus  dengan  cepat kembali  menjadi  isolator,  sehingga  pemutus  daya tidak  sempat membuka.  Penempatan  arester yang baik adalah menempatkan arester sedekat mungkin dengan peralatan yang dilindungi.

## 4.1. Data-data Penelitian
Saluran  transmisi  pada  Gardu  induk  Sungai  Juaro  merupakan  saluran  transmisi  70  kV dengan  tegangan  nominal  sistem  adalah  66  kV  dan  tegangan  tertinggi  sistem  adalah  72,5  kV. Data-data pada Gardu induk Sungai Juaro dapat dilihat dibawah ini.

## 4.1.1. Data Transformator Daya
• Kapasitas Transformator : 20 MVA • Frekuensi : 50 Hz • Tegangan Primer : 70 kV • Tegangan sekunder : 20 kV • Tahun pembuatan : 1994 • Type : SFZ-20000/70 • Nomor seri : A94 030 2 • Standar : IEC 76-1979 • Phasa : 3 (tiga) • Impedansi : 10,25 % • BIL (E p ) : 325 kV • Hubungan : STAR-STAR • Pendingin : ONAN/ONAF • Berat Total : 37.160 kg • Berat Minyak : 8.180 kg • Tank : 2.800 kg • Merk : XIAN • Buatan : CHINA

## Gambar 4.1. Transformator Daya 20 MVA Gardu Induk Sungai Juaro
4.1.2. Data Lightning arrester
• Merk : ABB • Type : PEXLIM • Tegangan nominal : 70 kV • Tegangan pengenal : 75 kV • BIL (E a ) : 270 kV • Arus pelepasan nominal : 10 kA • Nomor seri : R = 75228567, S = 75228666,  T = 75228565 • Frekuensi : 50 Hz • Jarak pemasangan : 7 m
Gambar 4.2. Lightning Arrester Gardu Induk Sungai Juaro
4.1.3. Data Penghantar Saluran Transmisi
• Tipe kawat penghantar : ACSR
• Ukuran nominal
: 240/40 (mm 2 )
• Luas penampang
: 282,5 mm 2 • Diameter (d) : 21,9 mm 2
• Jari-jari (r) : 10,95 mm = 1,095 cm = 0,01095 m • Berat (W) : 987 kg/km = 0,987 kg/m • Kuat tarik minimum (T) : 8.811 kg
• Panjang rentangan isolator
: 0,886 m
4.1.4. Data Menara Transmisi
• Tinggi menara : 23,77 m • Panjang upper cross arm (X 1 ) : 2,44 m • Panjang middle cross arm (X 2 ) : 3,35 m • Panjang lower cross arm (X 3 ) : 2,44 m • Ketinggian lower cross arm dari tanah (h lower )
: 14,64 m
• Jarak antara cross arm (y) : 3,05 m • Jarak antara menara (S) : 180 m 4.2. Perhitungan

## 4.2.1. Perhitungan Tegangan Tertinggi Sistem
Tegangan  sistem  tertinggi  umumnya  diambil  harga  110  %  dari  harga  tegangan  nominal sistem.  Penentuan  tegangan  ini  berguna  untuk  mengetahui  tegangan  tertinggi  yang  dapat dihasilkan  gardu  induk.  Tegangan  tertinggi  sistem  dapat  ditentukan  dengan  menggunakan persamaan (1) sebagai berikut:
𝑉 𝑚 = 1,1 × 𝑉 𝑛 = 1,1 × 66 = 72,6 𝑘𝑉

## 4.2.1. Perhitungan Rating Pengenal Arrester
Penentuan  rating  pengenal arrester atau  tegangan  dasar arrester dapat  ditentukan berdasarkan  tegangan  sistem  maksimum  yang  mungkin  terjadi.  Untuk  menentukan  besarnya tegangan dasar arrester atau tegangan pengenal arrester dapat digunakan persamaan (2) sebagai berikut:
𝑉 𝑐 =   𝑉 𝑚 × 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛 = 72,6 × 0,8 = 58,08 𝑘𝑉
Dari hasil perhitungan diperoleh tegangan pengenal arrester 𝑉 𝑐 = 58,08 𝑘𝑉 , yang berarti tegangan kerja arrester berada di bawah TID atau BIL dari peralatan yang dilindungi, sehingga faktor keamanan yang optimum terhadap peralatan dapat diperoleh.

## 4.2.2. Perhitungan Impedansi Surja
Andongan  merupakan  jarak  lenturan  dari  suatu  bentangan  kawat  penghantar  antara  dua menara  transmisi  yang  diperhitungkan  berdasarkan  garis  lurus  (horizontal)  kedua  menara tersebut. Besarnya nilai andongan penghantar transmisi dapat ditentukan dengan menggunakan persamaaan (3) sebagai berikut:
𝐷 = 𝑊 𝑆 2 8 𝑇 = 0,987×180 2 8 (8.811) = 31.979 70.488 = 0,4537 𝑚
Untuk menentukan impedansi surja maka harus ditentukan terlebih dahulu tinggi rata-rata penghantar dari atas permukaan tanah, dengan menggunakan persamaaan (4) sebagai berikut:
ℎ = (ℎ 𝑢𝑝𝑝𝑒𝑟 − 𝐷)+ (ℎ 𝑚𝑖𝑑𝑑𝑙𝑒 − 𝐷)+ (ℎ 𝑙𝑜𝑤𝑒𝑟 − 𝐷) 3 = (20,2863)+ (17,2363)+ (14,1863) 3 = 17,2363 𝑚
Setelah  didapatkan  tinggi  rata-rata  penghantar  dari  atas  permukaan  tanah (ℎ) ,  maka impedansi surja untuk penghantar udara dengan menggunakan persamaaan (5) sebagai berikut:
𝑍 1 =  60 𝑙𝑛 ( 2ℎ 𝑟 ) = 60 𝑙𝑛 ( 2(17,2363) 0,01095 ) = 60 𝑙𝑛(3.148,19) = 483,275 𝛺
Sedangkan impedansi surja untuk kabel adalah 𝑍 𝐶 = 20 𝛺

## 4.2.3. Perhitungan Kecepatan Gelombang Berjalan
Kecepatan merambat  gelombang  berjalan  pada  saluran  transmisi  dapat  dapat  ditentukan dengan menggunakan persamaaan (7) sebagai berikut:
𝑣 = 1 √𝐿𝐶 = 1 √( 2×10−7 𝑙𝑛( 2ℎ 𝑟 ) 118×109𝑙𝑛( 2ℎ 𝑟 ) ) = 3 × 10 10 𝑐𝑚 𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 ⁄ = 300 𝑚 𝜇𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 ⁄

## 4.2.4. Perhitungan Tegangan Percik Lightning Arrester
Gambar 4.3. Transformator dan Lightning Arrester terpisah sejarak S
Gambar 4.3. menunjukkan gelombang surya petir datang dari kiri dan setelah gelombang mencapai titik pemasangan lightning arrester maka sebagian gelombang akan dipantulkan dan sebagian gelombang akan diteruskan. Untuk menentukan tegangan percik lightning arrester harus ditentukan  terlebih  dahulu operator  pantulan  dan terusan.  Operator  pantulan  dan  terusan  dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑎 = 𝑍 𝑐 −𝑍 1 𝑍 𝑐 +𝑍 1 = 20−483,275 20+483,275 = −0,9205
𝑏 = 𝑍 1 −𝑍 𝑐 𝑍 1 +𝑍 𝑐 = 483,275 −20 483,275+20 = 0,9205
𝑎 ′ = 2𝑍 𝑐 𝑍 𝑐 +𝑍 1 = 2×20 20+483,275 = 0,0795
𝑏 ′ = 2𝑍 1 𝑍 1 +𝑍 𝑐 = 2× 483,275 483,275+20 = 1,9208
Untuk  kecuraman  gelombang  datang  pertama,  harus  ditentukan  waktu  kecuraman gelombang memasuki gardu induk atau transformator, dan didapatkan nilai:
𝑡 = 2 𝜇𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘 𝐴 = 1.000 𝑘𝑉  = 𝐴 . 𝑎 ′ = 1.000 × 0,0795 = 79,479
Selanjutnya  menentukan  nilai  tegangan  pada  titik  sambungan  kabel  kawat  udara tegangannya dimulai pada 𝑡 = 0 , dan nilai tegangan pada waktu selanjutnya merupakan jumlah antara  nilai  tegangan  sebelumnya  dengan  faktor  redaman.  Nilai  tegangan  gelombang  pantul adalah sama dengan gelombang datang. Maka tegangan pada titik sambungan kabel-kawat udara pada saat lightning arester tidak ada untuk setiap 2 μdetik adalah: 𝑡 = 0 μdetik; 𝑒 𝑡=0 = 0 𝑡 = 2 μdetik; 𝑒 𝑡=2 = 𝑒 𝑡=0 + 𝛼 1 /10 0 = 0 + 79,479 1 /10 0 = 79,479 𝑘𝑉 𝑡 = 4 μdetik; 𝑒 𝑡=4 = 𝑒 𝑡=2 = 79,479 𝑘𝑉 𝑡 = 6 μdetik; 𝑒 𝑡=6 = 𝑒 𝑡=4 + 𝛼 1 /10 0 + 𝛼 3 /10 4 = 79,479  + 79,479 1 /10 0 + 79,479 3 /10 4 𝑒 𝑡=6 = 79,479  +  79,479  +  50,207 = 209,166 𝑘𝑉 𝑡 = 8 μdetik; 𝑒 𝑡=8 = 𝑒 𝑡=6 = 209,166 𝑘𝑉
𝑡 = 10 μdetik; 𝑒 𝑡=10 = 𝑒 𝑡=8 + 𝛼 3 /10 4 + 𝛼 5 /10 8 = 209,166 + 79,479 3 /10 4 + 79,479 5 /10 8 𝑒 𝑡=10 = 209,166  +  50,207  +  31,716 = 291,088 𝑘𝑉 𝑡 = 12 μdetik; 𝑒 𝑡=12 = 𝑒 𝑡=10 = 291,088 𝑘𝑉
Kemudian  waktu  tegangan  berdasarkan  waktu  muka  gelombang lightning  arester (  t) dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (10) sebagai berikut:
∆t = (𝐸 𝑎 −   𝑒 𝑡=8 )/𝑏 ′ ( 𝛼 3 /10 4 2 ) = (270 −  209,166)/1,9208 ( 79,479 / 10 4 2 ) ∆𝑡 = 60,834 48,2118 = 1,26 𝜇𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Maka  waktu  percik lightning  arester (𝑡 𝑆0 ) pada  lokasi  pemasangan arester dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (11) sebagai berikut:
𝑡 𝑠𝑜 =  8 +  𝑡 = 8 + 1,26 = 9,26 𝜇𝑑𝑒𝑡𝑖𝑘
Selanjutnya  dapat  ditentukan  tegangan  pelepasan  atau  tegangan  kerja (𝑒 𝑡=9,26 ) dari lightning arrester dengan menggunakan persamaan (11) dan persamaan (12) sebagai berikut: 𝑡 = 9,26 μdetik; 𝑒 𝑡=9,26 =   𝑒 𝑡=8 + ( 𝑒 𝑡=10 − 𝑒 𝑡=8
2 ) ∆𝑡 = 209,166 + ( 291,088 − 209,166 2 ) 1,26
𝑒 𝑡=9,26 =  209,166 + 51,685 = 260,851 𝑘𝑉 𝑡 = 11,26 μdetik; 𝑒 𝑡=11,26 =   𝑒 𝑡=9,26 −   ( 𝑒 𝑡=10 − 𝑒 𝑡=8 2 ) (2𝜇𝑡 − ∆𝑡)
𝑒 𝑡=11,26 = 260,851 −   ( 291,088 − 209,166 2 ) (2𝜇𝑡 − 1,26 𝜇𝑡)
𝑒 𝑡=11,26 =  260,851 −  30,237 = 230,614 𝑘𝑉
Gambar 4.4. Diagram tangga kondisi lightning arrester tidak ada dan ada
Gambar 4.5. Tegangan kondisi lightning arrester tidak ada dan ada
4.2.5. Perhitungan Naik Tegangan Pada Transformator Daya
Pada  saat 𝑒 = 390 𝑘𝑉 , lighting  arrester telah  memercik  ( spark  over ),  waktu  percik arrester (𝑡 𝑆0 ) adalah sebesar 𝑡 𝑠𝑜 = 8 +  𝑡 . Naik tegangan pada transformator dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: 𝑡 = 0 μdetik; 𝑒 𝑡=0 = 0 𝑡 = 2 μdetik; 𝑒 𝑡=2 = 0 𝑡 = 4 μdetik; 𝑒 𝑡=4 = 𝑒 𝑡=2 + 2𝛼 1 /10 0 = 0 + 2 × 79,479 1 /10 0 = 158,959 𝑘𝑉 𝑡 = 6 μdetik; 𝑒 𝑡=6 = 𝑒 𝑡=4 = 158,959 𝑘𝑉 𝑡 = 8 μdetik; 𝑒 𝑡=8 = 𝑒 𝑡=6 + 2𝛼 3 /10 4 = 158,959  + 2 × 79,479 3 /10 4 𝑡 = 8 μdetik; 𝑒 𝑡=8 = 158,959  + 100,414 = 259,373 𝑘𝑉 𝑡 = 10 μdetik; 𝑒 𝑡=10 = 𝑒 𝑡=8 = 259,373 𝑘𝑉 𝑡 = 11,26 μdetik; 𝑒 𝑡=11,26 = 𝑒 𝑡=10 + ( 𝑒 𝑡=10 +𝛼 5 /10 8 − 𝑒 𝑡=6
2
) ∆𝑡
𝑒 𝑡=11,26 = 259,373  + ( 291,088+31,716 − 158,959 2 ) 1,26 = 259,373  + 40,019 𝑒 𝑡=11,26 = 299,392 𝑘𝑉

## 4.2.6. Perhitungan Jarak Lightning Arrester Terhadap Transformator Daya
Jarak lightning  arrester terhadap  transformator  daya  dapat  ditentukan  dengan menggunakan persamaan (13) sebagai berikut:
𝑆 =   (𝐸 𝑇 − 𝐸 𝑎 ) 𝑣/2𝐴 𝑆 =   ( 299,392 − 260,851) 300/2 × 1.000 = 5,7812 𝑚

## 4.2.7. Perhitungan Tegangan Tembus Isolator Udara
Besaran  tegangan  yang  timbul  pada  isolator  transmisi  tergantung  pada  kedua  parameter petir,  yaitu  puncak  dan  kecuraman  muka  gelombang  petir.  Tidak  semua  sambaran  petir  dapat mengakibatkan lompatan api ( flashover ) pada isolator karena juga bergantung dari besar tegangan yang  timbul  dan  tidak  melebihi  tegangan  tembus  pada  isolator  (V 50% ).  Untuk  menentukan tegangan tembus isolator udara di gunakan persamaan (14), yaitu:
𝑉 50% =   (𝐾 1 + 𝐾 2 ∆ 𝑡 0,75 ) 10 3
𝑉 50% =   (0,4 ×  0,886  + 0,71× 0,886 1,26 0,75 ) 10 3
𝑉 50% =   (0,3544  + 0,6291 1,1893 ) 10 3 = 883,3831 𝑘𝑉

## 4.2.8. Perhitungan Arus Pelepasan Nominal (Nominal Discharge Current)
Arus pelepasan nominal adalah arus dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang  digunakan  untuk  menentukan  kelas  dari  arester  sesuai  dengan  kemampuan  arus  dan karakteristik  pelindungnya.  Untuk  arus  pelepasan  dalam  peristiwa  gelombang  berjalan  dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan (15), yaitu:
𝐼 𝑎 = 2𝐸 50% − 𝐸 𝑎 𝑍 1 𝐼 𝑎 = 2×883,3831−260,851
483,275 = 3,1225 𝑘𝐴

## 4.2.9. Perhitungan Faktor Perlindungan
Faktor  perlindungan lightning  arrester terhadap  transformator  daya  dapat  ditentukan dengan menggunakan persamaan (16) sebagai berikut:
𝐹𝑃(%) = 𝐵𝐼𝐿 – 𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑝𝑒𝑟𝑙𝑖𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝑎𝑟𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 𝑇𝐼𝐷 × 100% 𝐹𝑃(%) = 325 – (260,851+260,851×10%) 325 × 100% 𝐹𝑃(%) = 325𝑘𝑉−286,9361 325𝑘𝑉 × 100% = 11,7%

## 4.3. Analisa dan Pembahasan
Berdasarkan  hasil  perhitungan  tegangan  percik lighting  arrester ,  dapat  diketahui  bahwa tegangan surja akan selalu naik jika lighting arrester tidak terpasang, dimana pada 𝑡 = 10 μdetik dengan  nilai 𝑒 𝑡=10 = 291,088 𝑘𝑉 .  Setelah lighting  arrester terpasang,  tegangan  surja  dapat diredam dengan baik oleh lighting arrester , dimana pada 𝑡 = 9,26 μdetik dengan nilai 𝑒 𝑡=9,26 = 260,851 𝑘𝑉 kemudian  menurun  pada 𝑡 = 11,26 μdetik  dengan  nilai 𝑒 𝑡=11,26 = 230,614 𝑘𝑉 . Kemudian hasil perhitungan jarak lighting arrester terhadap Transformator Daya 20 MVA pada Gardu Induk Sungai Juaro Palembang adalah 5,7812 m, sedangkan lighting arrester terpasang pada jarak 7 m. Berarti jarak tersebut masih berada dalam batasan yang telah ditetapkan oleh PT PLN, menurut SPLN 7: 1978 bahwa untuk sistem 66 kV dengan transmisi sirkit ganda jarak antara penangkap  petir  dengan  transformator  tidak  melebihi  34  m.  Kemudian  untuk  transmisi  sirkit tinggal jarak antara penangkap petir dengan transformator tidak melebihi 17 m.
Tingkat perlindungan lighting arrester terhadap Transformator Daya 20 MVA pada Gardu Induk Sungai Juaro Palembang  adalah  286,93 kV dengan faktor perlindungan 11,7 % dimana nilai ini lebih rendah dari tingkat isolasi dasar peralatan yaitu 325 kV sehingga lighting arrester sudah memberikan perlindungan yang cukup baik.

## 5. KESIMPULAN
Dari  hasil  analisa  dan  pembahasan  diatas  dapat  diambil  kesimpulan  dari  penelitian  ini adalah sebagai berikut:
1) Jarak lighting arrester terhadap Transformator Daya 20 MVA yang terpasang adalah 7 m, sedangkan dari hasil perhitungan adalah 5,7812 m. Saluran transmisi pada Gardu Induk Sungai Juaro Palembang adalah transmisi sirkit ganda, dan berdasarkan SPLN 7:  1978  bahwa  untuk  sistem  66  kV  dengan  transmisi  sirkit  ganda  jarak  antara penangkap  petir  dengan  transformator  tidak  melebihi  34  m.  Berarti  jarak lighting arrester terhadap  Transformator  Daya  20  MVA  masih  berada  dalam  batasan  yang telah ditetapkan oleh PT PLN.
2) Kenaikan  tegangan  yang  terjadi  pada  transformator  masih  berada  dibawah  BIL, dengan  demikian  dapat  ditentukan  bahwa  peralatan  masih  dapat  terlindungi  oleh lighting  arrester karena  pemasangan  masih  dibawah  harga  maksimum  atau  belum melebihi standar BIL.

## DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Artono dan Kuwahara, Susumu. 2004. Teknik Tenaga Listrik , Jilid III.  Jakarta: Pradnya Paramita.
Hutauruk, T. S. 1991. Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja . Jakarta: Erlangga
Keputusan  Direksi  PT  PLN  (Persero)  Nomor:  0520-2.K/DIR/2014  Tentang  Himpunan  Buku Pedoman  Pemeliharaan  Peralatan  Primer  Gardu  Induk,  Lampiran  Dokumen  Nomor: PDM/PGI/12:2014 Tentang Buku Pedoman Pemeliharaan Lightning arrester (LA).
PT  PLN.  1978.  Standar  Perusahaan  Listrik  Umum  Negara  SPLN  7:  1978  Tentang  Pedoman Pemilihan Tingkat Isolasi Transformator dan Penangkap Petir.
Tobing, L., Bonggas. 2012. Peralatan Tegangan Tinggi , Edisi Kedua. Jakarta: Erlangga.