## ANALISA KONTRUKSI JARINGAN TEGANGAN MENENGAH 20 KV TANPA KAWAT TANAH TERHADAP SAMBARAN INDUKSI PETIR
Studi Kasus Di PT PLN ( Persero ) Area Semarang Rayon Boja Feeder BSB 4 GI BSB
1) Muhammad Nur Arif, 2) Bambang Supradono, 3) Agung Budi Santoso
1,2,3) Jurusan Teknik Elektro - Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Semarang Jl. Kasipah no.10-12 Semarang – Indonesia

## ABSTRACT
A  bolt  of  lightning  strikes  the  induction  is  on  the  ground  near  a  transmission  line resulting in a phenomenon that caused of trensient electromagnetic fields from the lightning channel. This phenomenon is happening at lightning conductor wire. This event raised over voltage  and  resulting  wave  propagating  on  both  sides  of  the  wire  in  the  strike  lasts. In  calculating  the  induction  stroke  used  Shielded  Factor  (FP)  is  defined  as  the  quotient  of the induced voltage and induced voltage ground wire without a ground wire. If there is no ground  wire,  the  neutral  wire  effect  on  induced  voltage  on  the  wire  the  same  phase  as  the influence of the ground wire to the voltage induced in the phase wire. Since the neutral high wire above the ground is lower than the high-wire phase, greater than shielded factor of the channel with the ground wire. There are times when the neutral wire was installed over the wire  so  that  the  phase  factor  will  be  smaller  shielded.  Construction  is  crucial  lightning disturbances.  From  this  analysis  concluded  that  the  results  obtained  from  data  disruption due to lightning feeder PMT 4 GI BSB obtained 3 times a distraction while the calculation results  showed  interference  by  4  times  with  24.4  km  length  of  the  network  there  is  no significant  difference.  Any  differences  due  to  changes  in  network  construction  are  not communicated as elevation neutral wire that will affect shielded factor.
Keywords: Analysis, Construction JTM, Induction  Lightning

## PENDAHULUAN
Setiap  musim  hujan  sering  terjadi gangguan  pada  jaringan  PLN  yang mengakibatkan listrik padam dikarenakan faktor teknis atau non teknis.
1. Faktor  teknis  seperti  halnya  pada faktor  usia  material  yang  sudah waktunya  untuk  peremajaan  dan material rusak
atau sudah
menunjukkan indikasi terjadinya gangguan. Faktor teknis di atas dapat di cegah dengan mengganti komponen tersebut.
2. Faktor  non  teknis  diakibatkan  dari faktor  alam  seperti  halnya  pohon tumbang  menimpa  jaringan  PLN, angin serta petir yang menyambar ke jaringan PLN.
Dalam    keadaan  operasi,  suatu
sistem tenaga sering mengalami
gangguan  yang  dapat  mengakibatkan terputusnya pelayanan daya ke pelanggan.  Gangguan  tersebut  lebih sering  terjadi  pada  jaringan  distribusi. Terjadinya  gangguan  disebabkan  oleh peningkatan  tegangan  pada  hantaran distribusi, yang dikenal dengan  tegangan lebih, yang besar tegangan itu melampaui  tingkat ketahanan isolasi dari hantaran distribusi.
Dengan  demikian  terjadi  hubung singkat  antar  kawat-kawat  fasa  ke  tanah yang dapat menyebabkan PMT ( Pemutus Tegangan ) membuka.
Tegangan lebih ini antara lain ditimbulkan oleh:
Sambaran petir pada hantaran distribusi,  baik  merupakan  sambaran langsung atau tidak langsung. Surja hubung
Oleh  sebab  itu,  kebutuhan  tingkat ketahanan isolasi dari suatu sistem tenaga ditentukan  oleh  tegangan  lebih  akibat sambaran petir (tegangan lebih atmosfir).
Tegangan  lebih  ini  muncul  pada jaringan  tegangan  menengah  karena sambaran  petir  baik  langsung  (jarang terjadi) maupun sambaran tidak langsung (sering terjadi), misalnya petir menyambar  pohon  atau  benda  lain  yang lebih tinggi dari jaringan lain
menginduksi  ke  jaringan  yang  berada  di sekitar lokasi sambaran petir.
Pengaman  saluran  distribusi  menurut metode  yang  lama  adalah  merupakan pengembangan dari metode yang digunakan pada saluran transmisi.
Proses terjadinya Petir
Gambar 1. Proses Terjadinya Petir
Petir  juga  dapat  terjadi  dari  awan ke  awan  (intercloud),  dimana  salah  satu awan  bermuatan  negatif  dan  awan lainnya bermuatan positif.
Petir terjadi karena ada perbedaan potensial  antara  awan  dan  bumi  atau dengan  awan  lainnya.  Proses  terjadinya muatan  pada  awan  karena  dia  bergerak terus  menerus  secara  teratur,  dan  selama pergerakannya  dia  akan  berinteraksi dengan  awan  lainnya  sehingga  muatan negatif  akan  berkumpul  pada  salah  satu sisi (atas atau bawah), sedangkan muatan positif    berkumpul  pada  sisi  sebaliknya. Jika perbedaan potensial antara awan dan bumi  cukup  besar,  maka  akan  terjadi pembuangan  muatan  negatif  (elektron) dari awan ke bumi atau sebaliknya untuk mencapai  kesetimbangan.  Pada  proses pembuangan  muatan  ini,  media  yang
dilalui  elektron  adalah  udara.  Pada  saat elektron mampu menembus ambang batas isolasi udara inilah terjadi ledakan suara.
Petir  lebih  sering  terjadi  pada musim  hujan,  karena  pada  keadaan tersebut  udara  mengandung  kadar  air yang lebih tinggi sehingga daya isolasinya  turun  dan  arus  lebih  mudah mengalir.  Karena  ada  awan  bermuatan negatif dan awan bermuatan positif, maka petir  juga  bisa  terjadi  antar  awan  yang berbeda muatan.

## Sistem Distribusi SUTM 20 kV
Saluran udara digunakan pada pemasangan di luar bangunan,
direnggangkan  pada  isolator-isolator  di antara  tiang-tiang  sepanjang  beban  yang dilalui  suplai  tenaga  listrik,  mulai  gardu induk sampai ke pusat beban ujung akhir.
Kebutuhan  energi  listrik  sangat diperlukan,  karena  itu  diperlukan  suatu sistim yang handal untuk dapat meminimalkan  segala  bentuk  gangguan yang  terjadi  pada  jaringan  sistim  tenaga listrik.
Untuk meningkatkan kehandalannya  perlu  dipasang  sistim proteksi  untuk  setiap  gangguan  yang berbeda, salah satunya adalah
dipasanganya relay proteksi untuk melindungi  peralatan  jaringan  sistim tenaga  listrik  pada  gardu  induk.  Dimana gangguan-gangguan  tersebut  diantaranya disebabkan  karena  adanya  arus  hubung singkat dan sambaran petir sehingga arus
yang  mengalir  keperalatan  tidak  sesuai dengan nilai nominalnya atau lebih besar dari kapasitasnya. Dengan adanya peranan relay pengaman ini pada jaringan sistim  tenaga  listrik  tersebut  sehingga akan  meminimalkan  kerusakan  peralatan jaringan terutama pada jaringannya.
Pemutus  Tenaga  (PMT)  adalah alat  pemutus  otomatis  yang  mampu memutus  /  menutup  rangkaian  pada semua kondisi, yaitu pada kondisi normal ataupun  gangguan.  Secara  singkat  tugas pokok pemutus tenaga adalah :
a. Keadaan normal, membuka / menutup rangkaian listrik.
b. Keadaan tidak normal, dengan bantuan  relay,  PMT  dapat  membuka sehingga gangguan dapat dihilangkan.

## Gangguan Kilat dan Angka Keluar
Satuan  gangguan  adalah  “  angka keluar  “  akibat  sambaran  kilat  diberikan dalam  jumlah  ganguan  per  100  km  per tahun.  Gangguan  ini  biasanya  di  bagi dalam dua kelompok :
1. Gangguan akibat sambaran langsung, yang terdiri dari :
a. Gangguan kilat pada kawat tanah,
b. Gangguan  kilat  pada  kawat  fasa atau gangguan perisaian.
2. Gangguan  kilat  akibat  sambaran tidak langsung atau sambaran induksi.
Untuk  saluran  distribusi  tegangan menengah,  justru  sambaran  induksi  ini yang mengakibatkan lebih banyak gangguan.
Jumlah  sambaran  kilat  ke  bumi adalah  sebanding  dengan  jumlah  hari guruh  per  tahun  atau  “Iso  Keraunik Level“ ( IKL ) ditempat itu.
Besar  tegangan  yang  timbul  pada isolator tergantung pada kedua parameter kilat,  yaitu  puncak  dan  kecuraman  muka gelombang.
Tidak  semua  sambaran  kilat  dapat mengakibatkan  lompatan  api  (flashover) pada  isolator  saluran.  Demikian  juga tidak  semua  lompatan  api  yang  timbul dapat  beralih  menjadi  busur  api  (  power arc  )  yang  mengakibatkan  gangguan saluran ( line outage ).
Demikian juga apakah akan tarjadi  peralihan  dari  lompatan  api menjadi  busur  api  yang  mengakibatkan gangguan saluran tergantung dari sejumlah factor seperti dijelaskan berikut ini.
Waktu beraksi rele biasanya tidak kurang  dari  setengah  putaran  (  cycle  ) atau  0,01  detik  (  untuk  frekuensi  sistem 50Hz  ),  sedang  eksistensi  gelombang kilat tidak lebih dari 100 mikrodetik. Jadi lompatan  api  impuls  itu  tidak  mungkin mengakibatkan pemutusan saluran. Pemutusan saluran itu hanya  akan terjadi bila:
Probabilitas  beralihnya  lompatan api  impuls  menjadi  busur  api  tergantung dari  sejumlah  factor  termasuk  daya sumber.  Tetapi  yang  paling  berpengaruh adalah intensitas medan yang ditimbulkan oleh tegangan kerja dalam kanal pelepasan  impuls  (  impulse  discharge). Makin  tinggi  intensitas  medan  makin baik  konduktivitas  kanal  pelepas  impuls dan  makin  tinggi  probabilitas  beralihnya lompatan api menjadi busur api, dan yang terakhir  ini  akan  selalu  mengakibatkan gangguan saluran ( line outage ).

## Sambaran Induksi
Bila  terjadi  sambaran  kilat  ke  tanah di  dekat  saluran  maka  terjadi  fenomena trensien  yang  diakibatkaan  oleh  medan elektromagnetis dari kanal kilat. Fenomena  kilat  ini  terjadi  pada  kawat penghantar.  Akibat  dari  kejadian  ini timbul  tegangan  lebih  dan  gelombang berjalan  yang  merambat  pada  kedua  sisi kawat di tempat sambaran berlangsung.
Dalam  menghitung  pengaruh  kawat tanah terhadap tegangan induksi diperkanalkan  Faktor  Perisaian  (  FP  ) yang  didefinisikan  sebagai  hasil  bagi tegangan induksi dengan kawat tanah dan tegangan induksi tanpa kawat tanah.
Kawat  tanah  ideal  adalah  kawat tanah yang mempunyai titik pengetanahan  pada  setiap  titik  sepanjang kawat  tanah,  sehingga  potensialnya
sepanjang  kawat  tanah  adalah  nol.  Pada kenyataanya  tidak  ada  kawat  ideal,  jadi kawat tanah itu mempunyai beda tegangan tertentu terhadap tanah.
Pada  saluran  tiga  fasa  dengan empat  kawat  yaitu  tiga  kawat  fasa  dan satu  kawat  netral,  dan  tidak  ada  kawat tanah,  maka  pengaruh  kawat  netral  itu terhadap  tegangan  induksi  pada  kawat fasa  sama  seperti  pengaruh  kawat  tanah pada  tegangan  induksi  pada  kawat  fasa.
Dalam  hal  ini  tinggi  kawat  netral  di  atas tanah lebih rendah dari tinggi kawat fasa, jadi  besar  factor  perisaian  lebih  besar dibanding  dengan  factor  perisaian  dari saluran dengan kawat tanah.
Ada  kalanya  kawat  netral  itu  di pasang  di  atas  kawat  fasa,  sama  seperti kedudukan  kawat  tanah.  Dalam  hal  ini factor  perisaian  akan  lebih  kecil,  jadi lebih  baik.  Tetapi  dengan  memasang kawat  netral  di  atas  kawat  fasa  akan mempertinggi tiang dan dengan demikian akan  memperbesar  jumlah  sambaran langsung.
Sebagaimana  di  jelaskan  tidak semua  lompatan  api  dapat  beralih menjadi  busur  api  atau  gangguan  dan besarnya  gangguan  itu  tergantung  dari besar probabilitas ɳ .
Dengan  demikian  jumlah  gangguan karena sambaran induksi adalah :
( a ) Tanpa Kawat Tanah
N i = 30,6 . IKL . h (     % , ) % x ɳ (1)
Gangguan per 100 km per tahun V 50% =  tahanan impuls isolator IKL  =  jumlah hari guruh per tahun FP    =  factor perisaian
h       =  tinggi kawat fasa di atas tanah ɳ =  probabilitas peralihan lompatan api menjadi busur api / gangguan.

## METODOLOGI PENELITIAN Obyek Penelitian
PT  PLN  Rayon  Boja  untuk Wilayah  Boja  mendapat  suplai  tenaga listrik  dari  GI  BSB  yang  memiliki  5 feeder yang masing-masing fider mempunyai  medan  yang  berbeda-beda terutama terhadap gangguan petir.

## Bahan Penelitian
Data  Jaringan  Tegangan  Menengah 20  kV  di  PT  PLN  (  Persero  )  Area Semarang  Rayon  Boja  Feeder  BSB  4  GI BSB :
a) Kontruksi CC1-A, CC2-A, CC7, CC8, CC9
R  = 20 ohm ( tahanan kontak tiang )
V 50% = 160 kV
Tebal pal beton = 4 cm IKL   = 154 ( Semarang )
h = 10,3 meter η = 0,5
b) Kontruksi CC7
R  = 20 ohm ( tahanan kontak tiang )
V 50% = 160 Kv
Tebal pal beton = 4 cm IKL   = 154 ( Semarang )
h = 9,85 meter η = 0,5
Data diatas merupakan konstruksi tiang  berdasarkan  tipe  tiang.  Ketinggian semua  menggunakan  tiang  beton  dengan ketinggian  12  m  dan  panjang  gawang  50 m.  Menggunakan  penghantar  AAAC ukuran 240 mm. Sesuai standar PLN.

## Data Pembanding
Tabel  1  Data  Gangguan  PMT  PLN Rayon Boja Tahun 2011.
NO TAHUN GI BSB feeder GANG GUAN JML GANG GUAN 1 2011 BSB 1 Karena Petir 1 Kali 2 2011 BSB 2 Karena Petir Nihil 3 2011 BSB 3 Karena Petir 3 Kali 4 2011 BSB 4 Karena Petir 3 Kali 5 2011 BSB 5 Karena Petir 1 Kali

## Jalan Penelitian

## PEMBAHASAN
a. Data  Gangguan  PMT  Feeder  BSB  4
GI BSB PLN Rayon Boja
NO BULAN GI BSB ( fider ) GANG GUAN JML 1 Januari BSB 4 Karena Petir 1 2 Febuari BSB 4 Karena Petir Nihil 3 Maret BSB 4 Karena Petir Nihil 4 April BSB 4 Karena Petir 1 5 Mei BSB 4 Karena Petir Nihil 6 Juni BSB 4 Karena Nihil
MULAI KESIMPULAN Menghitung jumlah sambaran induksi SUTM sepanjang 24,4 HASIL PENGUMPULAN DATA ANALISA

## HASIL PENGUMPULAN DATA PEMBANDING
Data Gangguan PMT  PLN ( feeder BSB 4 GI BSB )
Membandingkan hasil perhitungan dengan data di PLN
Petir 7 Juli BSB 4 Karena Petir Nihil 8 Agustus BSB 4 Karena Petir Nihil 9 September BSB 4 Karena Petir Nihil 10 Oktober BSB 4 Karena Petir Nihil 11 Nofember BSB 4 Karena Petir 1 12 Desember BSB 4 Karena Petir Nihil
b. Tiang Penyangga
• Tiang beton
• Tinggi 12 M
c. IKL ( Iso Keraunik Level )
• Daerah Semarang 154
d. Data konstruksi tiang feeder BSB-4 GI

## BSB
Tipe Kontruksi Tiang Jumlah Panjang Saluran (km) CC1-A dan CC2-A 410 20,5 CC8 48 2,4 CC9 28 1,4 CC-7 2 0,1
Perhitungan  Jumlah  Gangguan  Kilat

## Akibat Sambaran Induksi
Pandanglah sebuah kawat setinggi
h  diatas  tanah.  Misalkanlah  suatu sambaran kilat vertical  menyambar tanah pada jarak y dari kawat.
Besar  tegangan  industri  pada  kawat diberikan oleh persamaan :
= (2)
dimana :
V i ’ : tegangan industri pada kawat, kV
I 0 : besar arus kilat, kA h : tinggi rata- rata kawat diatas tanah , V y  :  jarak  horisontal  antara  sambaran  kilat dengan kawat , V
Bila saluran itu dilengkapi dengan kawat  tanah,  maka  besar  tegangan induksi  pada  kawat  fasa  telah  diberikan oleh Persamaan :
′ =  1 − !" # $ % (3)
dimana :
V i ’  =  tegangan  induksi  pada  kawat  fasa dengan      kawat tanah, kV
V i =  tegangan  induksi  pada  kawat  fasa tanpa kawat tanah, kV
Z 22 =  impedansi  surja  sendiri  kawat tanah 2, ohm
Z 12 =  impedansi  surja  sendiri    antara kawat tanah 2 dan kawat fasa 1, ohm h I = tinggi kawat fasa pinggir , meter h 2 = tinggi kawat netral , meter R    = Tahanan kontak tiang, ohm
Jumlah  sambaran  pada ∆ y  untuk  panjang 100 km saluran,
'( = 0,015 +,- '. (4)
Bila  saluran  itu  tidak  ada  kawat tanah  ,  maka    besar  tegangan  induksi pada  kawat  fasa  telah  diberikan  oleh persamaan :
( /0 = 30,6 . +,- . 45. ℎ –      % , $ % x ɳ
Dimana :
FP  =  Faktor Perisaian
= ( 1 − !"
)
Dengan  demikian  jumlah  gangguan karena sambaran induksi adalah :
(a ) Tanpa Kawat Tanah
( = 30,6 . +,- . 45. ℎ 8 9 (     % :   /; , < ) 50% x ɳ
Gangguan per 100 km per tahun
V 50 % = tahanan Impuls isolator
IKL = jumlah hari guruh per tahun
h = tinggi kawat fasa tengah
η
=  probabilitas  peralihan  lompatan api menjadi busur api / gangguan

## Studi Kasus Feeder BSB 4 GI BSB
Perhitungan    Kontruksi  CC1-A,  CC2-A, CC8 dan CC9
Z 22 = 500 ohm
Z 12 = 150 ohm h 1 = 9,85 meter
h 2 = 8,90 meter
R = 20 ohm h = 10, 3 meter η = 0,5
V 50% = 160 kV
Tebal pal beton = 4 cm Ketahanan impuls isolator dan pal beton :
V 50% total   = 160 + 4 x 20
= 240 kV
Jumlah gangguan sambaran induksi tanpa kawat tanah :
a. Faktor perisaian ( FP ) :
FP = ( 1 − !" ) = ( 1 − : => " ?,< <,? ) FP =    0,75 b. Jumlah gangguan sambaran induksi
( = 30,6 . +,-. 45. ℎ 8 9 (     % :   /; , < ) 50% x ɳ
= 30,6.154.0,75.10,3 8 9 (   > : . ,B : , , <) 240 x ɳ
( = 36403,29  E 8 9 (  ,?>< = :,  )
240 E  0,5
( =    36403,29    E 8 9 :, >F
240     E    0,5
( =  36403,29     E 0,351 240    E   0,5
( =  36403,29     E    0,001    E  0,5
( = 18  Gangguan per 100 km
per tahun

## Perhitungan Kontruksi CC7
Z 22
= 500 ohm
Z 12 = 150 ohm h 1 = 9,85 meter h 2 = 8,90 meter R =  20 ohm
h = 9,85 meter η = 0,5
V 50% = 160 Kv
Tebal pal beton = 4 cm Ketahanan impuls isolator dan pal beton :
V 50% total   = 160 + 4 x 20
= 240 kV
Jumlah gangguan karena sambaran induksi tanpa kawat tanah:
a. Faktor perisaian ( FP ) :
FP = ( 1 − !" ) = ( 1 − : => " ?,< <,? ) FP =    0,75 b. Jumlah gangguan sambaran induksi ( = 30,6. +,-. 45. ℎ 8 9 (   % : ./; , <) 50% x ɳ ( = 30,6.154.0,75.9,85 8 9 (   > : . ,B <,? , <) 240 x0,5 ( = 34812,855 E 8 – ( ,?>< = :,  ? ) 240 E 0,5
( = 34812,855   E 8 9 :, >
240   E    0,5
( =  34812,855     E , < > E    0,5
( =  34812,855    E    0,001   E    0,5
( = 17  Gangguan per 100 km per
tahun

## Angka Keluar Feeder BSB 4 GI BSB
Kontruksi  tiang  dan  angka  keluar gangguan sambaran induksi Jenis Kontruksi Jumlah Gangguan 100 km Per Tahun CC1-A dan CC2-A 18 CC8 18 CC9 18 CC-7 17 N Total = : 0 $ ((H. - 1) + ((H.- 2) +
((H. -3) + ((H.-4)
= : >,> $ ( 18 x 20,5 ) + ( 18 x 2,4 ) + ( 18 x 1,4 ) +
( 17 x 0,1)
= (  F< " > ,  "   ,  ":,B )
>,>
= > <,: >,> =   17,995    Gangguan per 100 km
= >,> : x 23,995
=   4,39 = 4   Gangguan per tahun
Dari  hasil  perhitungan  di  dapat  total angka keluar fider BSB 4 GI BSB sebesar 4 Gangguan tiap 24,4 km/ tahun.

## KESIMPULAN
Dari  hasil  perhitungan  dan  analisa  di atas,  maka  dapat  disimpulkan  sebagai berikut :
1. Hasil  perhitungan  didapat  jalur utama  feeder  BSB  4  memiliki panjang  24,4  km  dengan  gangguan per  tahun  sebesar  4  kali  akibat sambaran petir.
2. Berdasarkan  hasil  yang  diperoleh dari data gangguan PMT karena petir feeder  BSB  4  GI  BSB  diperoleh  3 kali gangguan sementara hasil perhitungan  menunjukkan  sebesar  4 kali  gangguan  perbedaan  ini  tidak begitu  signifikan.  Adanya  perbedaan dikarenakan adanya perubahan kontruksi jaringan yang tidak dikomunikasikan  seperti  peninggian kawat netral yang
akan mempengaruhi faktor perisaian.

## DAFTAR PUSTAKA
A.R.  van  C.  Warrington,  Protective Relays,  3rd  Edition,  Chapman  and Hall, 1977
A.S.  Pabla,  Sistem  Distribusi  Daya
Listrik,  Penerbit  Erlangga,  Jakarta, 1994
Abdul  Kadir,  Distribusi  dan  Utilisasi Tenaga  Listrik,  Penerbit  Universitas Indonesia, Jakarta, 2000
Aly  S.  Dadras,  Electrical  Systems  for Architects, McGraw-Hill, USA, 1995
AR  Bean,  Lighting  Fittings  Performance
and Design, Pergamou Press,
Braunschweig, 1968
Benyamin  Stein  cs,  Mechanical  and Electrical  Equipment  for  Buildings, 7th Edition Volume II, John Wiley & Sons, Canada, 1986
Bernhard  Boehle  cs,  Switchgear  Manual
8th edition, 1988 Brian Scaddam, The IEE Wiring Regulations Explained and Illustrated,  2nd  Edition,  Clags  Ltd., England, 1994 Buku Pedoman Standar Konstruksi Jaringan  Distribusi  Tahun  2008,  PT PLN (PERSERO) DISTRIBUSI JAWA TENGAH DAN D.I YOGYAKARTA L.V. Bewly, Traveling Waves on Transmission  Systems,  2  nd,  ed.,
John  Wiley  &  Sons,  New  York. 1951.
T.S.  Hutauruk,  Lightning  Performance  of High  Voltage  Transmissions  Lins,
Illinois  Power  Company,  Company Report, Decatur, III., USA, 1963.
T.S.  Hutauruk,  Gelombang  Berjalan  Pada
Sistem Transmisi dan Proteksi Peralatan Terhadap Surja, Departemen Elektroteknik, ITB,
1975.