## EVALUASI TINGKAT ISOLASI DASAR JARAK LINDUNG TRANSFORMATOR DI GARDU INDUK TALANG RATU PALEMBANG TERHADAP PENEMPATAN ARESTER DENGAN METODE GELOMBANG BERJALAN DIAGRAM KISI BEWLEY
Ari Triantoro 1 / Cekmas Cekdin 2 / Rika Noverianty 3
Dosen Tetap Prodi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Palembang 2&3
Alumni Prodi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Palembang 1 aritriantoro13@gmail.com 1 , cekmas_cekdin@yahoo.com 2

## Abstrak
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengevaluasi  Tingkat  Isolasi  Dasar  jarak  lindung  transformator  di Gardu  Induk  Talang  Ratu  Palembang  terhadap  penempatan  Arester  dengan  metode  gelombang berjalan  dan  dalam  penulisan  ini  adalah  dibatasi  hanya  mengevaluasi  Tingkat  Isolasi  Dasar  jarak lindung  transformator  di  Gardu  Induk  Talang  Ratu  Palembang  terhadap  penempatan  Arester dengan  metode  gelombang  berjalan  berbasis  diagram  kisi  Bewley.  Arester  adalah  alat  pelindung bagi  peralatan  sistem  tenaga  listrik  terhadap  surja  petir.  Ia  berlaku  sebagai  jalan  pintas  ( by  pass ) sekitar  isolasi.  Arester  membentuk  jalan  yang  mudah  dilalui  oleh  arus  kilat  atau  petir,  sehingga tidak  timbul  tegangan  lebih  yang  tinggi  pada  peralatan.  Jalan  pintas  itu  harus  sedemikian  rupa sehingga tidak mengganggu aliran arus dari sistem 50 herz. hasil pembahasan dapat di simpulkan sebagai berikut : 1) Dari data jarak antara penempatan arester dan transformator adalah 300 meter, maka  pada  jarak  ini  masih  cukup  aman  arester  tersebut  untuk  melindungi  transformator,  karena TID transformator 660 kV. 2) Tegangan surya yang timbul dari hasil perhitungan adalah 470,64 kV pada t = 11,38 μ-detik.
Kata Kunci: Jarak, Lindung, Arester

## 1. PENDAHULUAN
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 lebihtransien     dapat     disebabkan     oleh    sambaran     petir.  Peralatan     yang     biasa     digunakan untuk memproteksi gangguan akibat sambaran petir adalah Arester.
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.
Arester  adalah  alat  pelindung  bagi  peralatan  sistem  tenaga  listrik  terhadap  surja  petir.  Ia berlaku sebagai jalan pintas ( by pass ) sekitar isolasi. Arester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh  arus  kilat  atau  petir,  sehingga  tidak  timbul  tegangan  lebih  yang  tinggi  pada  peralatan.  Jalan pintas itu harus sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran arus dari sistem 50 herz. Jadi pada  kerja  normal  arester  itu  berlaku  sebagai  isolator  dan  bila  timbul  surja  dia  berlaku  sebagai konduktor, jadi melewatkan aliran arus yang tinggi. Setelah surja hilang, arester harus dengan cepat kembali  menjadi  isolator,  sehingga  pemutus  daya  tidak  sempat  membuka.  Arester  daya  dapat memutuskan  arus  susulan  tanpa  menimbulkan  gangguan.  Arester  terdiri  dari  dua  jenis  :  jenis ekspulasi ( expulsion type ) atau tabung pelindung ( protector tube ) dan jenis katup ( valve type ).
Kelonggaran perlindungan atau “protective margin“ adalah selisih  antara Tingkat Isolasi Dasar  (TID)  peralatan  yang  dilindungi  dan  tingkat  perlindungan  arester.  Korelasi  antara kemampuan  TID  peralatan-peralatan  listrik  dan  rangkaian  listrik  di  satu  pihak  dan  alat-alat pelindung  dilain  pihak  sedemikian  sehingga  TID  dari  peralatan-peralatan  terlindung  dari  bahaya tegangan  lebih  secara  ekonomis  disebut  sebagai  koordinasi  isolasi  dari  sistem  tenaga  listrik. Koordinasi  isolasi  yang  baik  akan  mampu  menjamin  :  a.  Bahwa  isolasi  peralatan  akan  mampu menahan  tegangan  kerja  sistem  yang  normal  dan  tegangan  tidak  normal  yang  mungkin  timbul dalam  sistem.  b.  Bahwa  isolasi  peralatan  akan  gagal  hanya  jika  terjadi  tegangan  lebih  luar.  c. Bahwa  jika  kegagalan  terjadi,  maka  hanya  tempat-tempat  yang  menimbulkan  kerusakan  paling minimum. Masalah koordinasi isolasi pada sistem tenaga menyangkut hal-hal sebagai berikut :
1. Penentuan tingkat isolasi dari isolator hantaran.
2. Menentukan Tingkat Isolasi Dasar (TID) dari peralatan.
3. Pemilihan penangkap petir (Arester).

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Pemilihan Arester
Dalam  memilih arester  yang  sesuai untuk  suatu  keperluan tertentu,  beberapa  faktor  harus diperhatikan, yaitu ;
a. Kebutuhan  perlindungan  ;  ini  berhubungan  dengan  kekuatan  isolasi  dari  alat  yang  harus dilindungi dan karakteristik impuls dari arester.
b. Tegangan sistem ; ialah tegangan maksimum yang mungkin timbul pada jepitan arester
c. Arus hubung singkat sistem ; ini hanya diperlukan pada arester jenis tabung.
d. Jenis arester ; apakah arester jenis gardu, jenis saluran atau jenis distribusi.
e. Faktor kondisi luar ; temperatur dan kelembaban yang tinggi serta pengotoran.
f. Faktor ekonomi ; faktor ekonomi ialah perbandingan antara ongkos pemeliharaan dan kerusakan bila tidak ada arester, atau bila dipasang arester yang lebig rendah mutunya.

## 2.2. Sistem yang Diketanahkan Efektif
Suatu sistem dikatakan diketanahkan efektif bila pada keadaan gangguan tegangan  kawat ketanah tidak melampaui 80 % dari tegangan  jala-jala sistem. Untuk ini diperlukan  persyaratan ; R o / X 1  1 dan X o / X 1 < 3. Jadi pada sistem misalnya 150 kV, yang diketanahkan efektif pengenal arester dapat diambil ; 0,8  1,1  150 kV = 132 kV.
Untuk  keperluan  analisa  ini,  transformator  dianganggap  sebagai  jepitan  terbuka  yaitu,  keadaan yang  paling  berbahaya,  dimana  koefisien  terusan  sama  dengan  2.  Apabila  gelombang  mencapai transformator,  terjadi  pantulan  total,  dan  gelombang  ini  kembali  ke  kawat  dengan  polaritas  yang sama. Waktu yang dibutuhkan oleh gelombang untuk merambat kembali ke arrester = 2 S/ v . Bila arester mulai memercik ( sparkover ) tegangan jepitan arester,

## ( )
Bila waktu percik arrester t so , dihitung mulai gelombang itu pertama kali sampai ke arrester, maka persamaan (2) menjadi,
Setelah  arester  itu  memercik  ia  berlaku  sebagai  jepitan  hubung  singkat,  dan  menghasilkan gelombang. Gelombang negatif ini yang merambat  ke transformator, dan setelah pantulan pertama pada transformator terjadi, jumlah tegangan pada transformator menjadi,
U’ i’ U ’’ i ’’ G 1 Hantaran udara Titik sambung R Titik sambung S Kabel G 2 G 3 Atau :

## 2.3. Perambatan Gelombang pada Saluran Transmisi
Dengan  suatu  kabel  dengan  impedansi  terpa  Γ 2 .  Pada  hantaran  udara  ini  merambat  sebuah gelombang  terpa  U ’ dan  arusnya  i ’ .  Gelombang  ini  pada  titik  R  mengalami  pantulan  dan terusan,gelombang pantulannya U ” dengan arus I ” , lihat gambar 2.1.
Gambar 1. Perambatan gelombang pada hantaran udara dan kabel
Besar gelombang pantulan dan terusan pada titik R dapat ditentukan sebagai berikut :
 Gelombang pantul
Besarnya gelombang pantul pada titik R adalah :
Sedangkan besar arusnya adalah :
Atau :
Sedangkan arus yang ditinjau dari kabel adalah :
Atau :
Dari Persamaan (8) dan (10) didapat :
[ ]
Atau :
[ ] yang  disebut  koefisien  refleksi  dari  hantaran  udara  ke  kabel.  Unrtuk koefisien refleksi dari kabel ke hantaran udara adalah : [ ]

##  Gelombang terusan
Arus pada titik sambung R dapat juga dicari dengan persamaan seperti berikut :
jadi Persamaan (2.8) dapat ditulis :
Bila Persamaan (2.6) ditulis :
Persamaan (14) disubtitusikan ke Persamaan (13) didapat :
Persamaan (16) diatas dapat disederhanakan :
[ ] yang  disebut  koefisien  refraksi  dari  hantarn  udara  ke  kabel.  Untuk koefisien refraksi dari kabel ke hantaran udara adalah: [ ]
Untuk  koefisien  refleksi  dari  kabel  ke  hantaran  dengan  impedansi  Γ 3 adalah  :
[ – ]
maka :
[ ⁄ ⁄ ]
Untuk koefisien refraksi dari kabel ke hantaran dengan impedansi  Γ 3 adalah :
[ ]        [ ⁄ ]
Dalam  menentukan  total  tegangan  di  titik  P  pada  kabel  dengan  waktu  tertentu  (t)  seperti Gambar  2.2  (diagram  kisi  Bewley)  adalah  penjumlahan  tegangan-tegangan  di  titik  P  sampai waktu titik t, yaitu :
Atau :
Hantaran udara Titik sambung R Titik sambung S Kabel P U’ U’ ? 1 U’ ? 1 U’ ß 1 U’ . ? 1 . ? 2 . ß 2 U’ . ? 1 . ? 2 2 2 2 1 β . ρ . ρ . ' U U’ . ? 1 . ß 2 2 2 1 β . ρ . ' U

## Gambar 2. Diagram kisi Bewley

## 3. METODOLOGI PENELITIAN
Pengumpulan  data  yang  didapat  baik  dari  studi  literatur  maupun  dari  data  yang  ada  di lapangan  maupun  dari  steak  holder  yang  terkait  untuk  kepentingan  object  penelitian  ini  sehingga dianalisa dan di olah menjadi kepentingan penelitian yang pada akhirnya akan di publikasikan.

## 4. ANALISA PEMBAHASAN

## 4.1. Data
Arester  121  kV  di  Gardu  Induk  Talang  Ratu  Palembang  dipasang  pada  titik  sambungan  kawat transmisi  udara  dengan  kabel  pada  suatu  gardu  138  kV.  Kawat  transmisi  yang  memasuki  gardu cukup  terlindung.  Terjadi  lompatan  api  (flashover)  pada  saluran  dan  suatu  surya  dari  1000  kV, muka  2  mikrodetik  dan  ekor  yang  datar  (panjang  tak  berhingga)  memasuki  gardu.  Tegangan percikan  arrester 390  kV  dan  tegangan  setelah itu  konstan  (390  kV).  Panjang  kawat arester  sama dengan nol dan untuk data yang lain lihat Gambar 3.
Gambar 3. Kabel penghubung antara kawat transmisi udara dengan transformator

## 4.2. Perhitungan
Waktu surya datang pada transformator
detik μ 2 10 150 300 t 6   
Kosfisien refleksi dan refraksi adalah
9047 , 0 400 20 400 20 β 1 2 1 2 1                  
9047 , 0 20 400 20 400 β 2 1 2 1 2                 
1000 kV U’ Γ 1 = 400 Ω Γ 2 = 20 Ω 2 μ-detik β 1 = - 0,9047 ρ 2 = 1,9048 ρ 1 = 0,0952 β 2 = 0,9047 1000 kV U PO =  U’ β 1 = -904,7 kV 0 4 6 2 8 U TO =  U’ ρ 1 = 95,2 kV U P2 = U TO = 95,2 kV U T4 =  U P2 ρ 2 =  181,34 kV U P4 =  U P2 β 2 =  86,13 kV U P6 =  U P4 =  86,13 kV U T8 =  U P6 ρ 2 =  164,06 kV U P8 =  U P6 β 2 =  77,92 kV 10 9,38 11,38 12 13,38 15,38 14 U T10 =  U P8 =  77,92 kV 0952 , 0 20 400 20 2 2 ρ 1 2 2 1                9048 , 1 20 400 400 2 2 ρ 1 2 1 2               
Pertama-tama  yang  harus  ditentukan  adalah  waktu  pada  saat  mana  arester  mengalami  percikan. Terlebih dahulu, misalkan arester tidak ada, maka tegangan pada titik sambung kabel-kabel udara adalah
Pada t = 0 μ-detik   ;   U =  0 Pada t = 2 μ-detik   ;   U =  95,2 kV Pada t = 4 μ-detik   ;   U =  95,2 kV Pada t = 6 μ-detik   ;   U =  95,2 +181,34 = 276,54kV Pada t = 8 μ-detik   ;   U =  276,54 kV Pada t = 10 μ-detik   ;   U =  276,54 + 86,13 + 77,92 = 440,59 kV
Tetapi  pada  U  =  390  kV, arester  memrecik  ( sparkover ). Tegangan  pada  lokasi  arester  dan  waktu untuk  mencapainya  dapat  diperoleh  dari  diagram  kisi  Bewley  seperti  pada  Gambar  4.  Naik tegangan pada lokasi arester diberikan pada Gambar 5.
Gambar 4. Diagram Kisi Bewley
100 200 400 300 2 4 6 8 10 12 t so 390 440,59 276,54 95,2 t (mikro detik) U (kV) Dari Gambar 4.3 diperoleh t so sebagai berikut 54 , 276 59 , 440 54 , 276 U 8 - 10 8 t     atau 05 , 164 32 , 759 U 2 t  
pada U = 390 kV dan t = t so , jadi
detik - μ 38 , 9
05 , 164 32 , 759 390 2 t    
Gambar 5. Tegangan pada Lokasi Arester
Tegangan transformator akibat surya Pada t = 0 ; U = 0 Pada t = 2 μ-detik ; U = 0 Pada t = 4 μ-detik ; U = 2. U’. ρ 1 = 2 . 1000. 0,0952 = 190,5 kV Pada t = 6 μ-detik ; U = 190,5 kV Pada t = 8 μ-detik ; U = 2. U’. ρ 1 (1 + β 2 ) = 190,5(1 + 0,9047) = 363 kV Pada t = 10 μ-detik ; U = 363 kV Sebelum mencapai t = 12 μ-detik, arester memercik ( sparkover ) pada t = 11,38 μ-detik dan untuk menentukan tegangan pada transformator pada t = 11,38 μ-detik, tentukan terlebih dahulu tegangan pada t = 12 μ-detik, dimana U = 2. U’. ρ 1 (1 + β 2 + 2 2 β  ) = 190,5(1 + 0,9047 + (0,9047) 2 ) = 519 kV.
Persamaan garis linier antara titik koordinat (10, 363) dan (12 , 519) adalah
2 834 t 56 1 U  
Jadi tegangan transforamtor akibat surya pada t = 11,38 μ-detik adalah
kV 64 , 470 2
834 38 , 11 56 1
U    
100 200 400 300 2 4 6 8 10 12 470,64 363 190,5 t (mikro detik) U (kV) 500 422,28 11,38
Pada  t  =  12  μ-detik,  maka  U  =  470,64  -  (519  –  470,64)  =  422,28  kV.  Tegangan  transformator akibat surya dapat dilihat seperti pada Gambar 6.
Gambar 6. Tegangan pada Jepitan Transformator

## 4.3. Analisa
Dari  data  jarak  antara  penempatan  arester  dan  transformator  adalah  300  meter,  maka  pada jarak  ini  masih  cukup  aman  arester  tersebut  untuk  melindungi  transformator,  karena  TID transformator 660 kV, sedangkan tegangan surya yang timbul dari hasil perhitungan adalah 470,64 kV pada t = 11,38 μ-detik.

## 5. PENUTUP
1. Dari data jarak antara penempatan arester dan transformator adalah 300 meter, maka pada jarak ini  masih  cukup  aman  arester  tersebut  untuk  melindungi  transformator,  karena  TID transformator 660 kV.
2. Tegangan surya yang timbul dari hasil perhitungan adalah 470,64 kV pada t = 11,38 μ-detik.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Grainger, John J., Stevenson, William D, JR., Power System Analysis , McGraw-Hill, 1994.
[2] Hutahuruk,  T.S., Gelombang  Berjalan  dan  Proteksi  Surya ,  Penerbit  Erlangga, Jakarta, 1989
[3] Kind,  Dieter., Pengantar  Teknik  Eksperimental  Tegangan  Tinggi ,  Terjemahan oleh Prof. Dr. Ing. K.T. Sirait, Penerbit ITB, 1993
[4] Nagrath,  I.J.,  Kothari,  D.P., Modern  Power  System  Analysis ,  Tata  McGraw-Hill Publishing Company Limited, New Delhi, 1980.
[5] Sirait,  K.T.,  Zoro,  Reynaldo., Proteksi  Sistem  Tenaga  Bagian  I,  Proteksi  Terhadap Tegangan Lebih Pada Sistem Tenaga Listrik , Penerbit ITB, 1986.
[6] Soedibyono., Gardu Induk , Penerbit ITB, 1986.
[7] Wang,  Xi-Fan.,  Song,  Yonghua.,  Irving,  Malcolm., Modern  Power  System  Analysis , Springer, 2008.
[8] Weedy, B.M., Electric Power System ,  John Wiley & Sons, 1979.
[9] 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).