ISSN: 2086-9479
Studi Penempatan Arrester di PT. PLN (Persero) Area Bintaro

## Badaruddin
Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Mercu Buana JL. Raya Meruya Selatan, Kembangan, Jakarta, 11650 Telepon: 021-5857722 (hunting), 5840816 ext. 2600 Fax: 021-5857733
Abstrak    - Pada  umumnya  bila  arus gangguan  itu  sebesar  5A atau  lebih  kecil busur  listrik  yang  timbul pada  kontak-kontak antara  kawat    yang    terganggu    dan    bumi masih dapat padam sendiri (Self Extinguishing).  Tetapi sistem-sistem  tenaga itu makin lama makin besar baik panjangnya maupun  tenaganya.  Dengan  demikian  arus yang  timbul bila  terjadi  lagi  gejala-gejala “Arching Grounds” semakin menonjol. Gejala ini sangat berbahaya karena akan menimbulkan  tegangan  lebih  transient  yang dapat merusak alat-alat.
Yang  dimaksud dengan  Effective  Grounding adalah   pembumian   dimana   perbandingan antara   reaktansi   urutan   positif   lebih   kecil atau  sama dengan  tiga,  dan  perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan satu (X 0- /X 1 ≤ 3;X 1 ≤ 1).
Kata   kunci   :   Self   Extinguishing,   Arching Ground, Effective Grounding

## PENDAHULUAN
Mulai abad-20,  pada  saat  sistem-sistem tenaga  mulai  besar  sistem-sistem  itu  tidak lagi dibiarkan  terisolasi  (Isolated)  yang dinamakan  system  delta  tetapi  titik  netral system  itu  dibumikan  mulalui  tahanan  atau reaktansi.    Pembumian  itu  umumnya dilakukan  dengan  menghubungkan  netral transformator ke bumi.
Pada  umumnya  di  Indonesia,  memakai jaringan transmisi tegangan tinggi. Indonesia yang  terletak  pada  daerah  khatulistiwa mempunyai  jumlah  hari  guruh  sangat  tinggi. Di  pulau  Jawa  jumlah  hari  guruh  berkisar antara  90  –  200an.  Sumber  gangguan  yang paling  besar  disaluran  transmisi  adalah gangguan  sambaran kilat  dan  kemudian menyusul karena gangguan alam lainnya.

## TEORI DASAR
Sumber-Sumber Gelombang Berjalan
Sampai      saat      ini      sebab-sebab      dari gelombang berjalan yang di ketahui ialah :
1.    Sambaran   kilat    secara    langsung pada kawat fasa
2.    Sambaran  kilat  tidak  langsung  pada kawat fasa (Induksi)
3.   Operasi          hubung          (Switching Operation)
4.    Gangguan-gangguan   pada   sistem oleh berbagai kesalahan
5.   Tegangan steady state

## Spesifikasi dari Gelombang
Spesifikasi dari suatu gelombang berjalan :
1.  Tegangan    puncak    (Crest)    dari gelombang,  E  (KV),  yaitu  amplitude maksimun dari gelombang.
2.  Muka     gelombang     (Front),     t 1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak. 3.  Ekor  gelombang  (Tail)  yaitu  bagian kebelakang puncak. Panjang
gelombang  (Lenght)  t 2 (mikrodetik) yaitu  waktu dari permulaan sampai titik 50% E pada tail.
4.   Polaritas (Polarity) yaitu polaritas dari gelombang    positif    atau    negative. Suatu   gelombang    berjalan   (surja) dinyatakan sebagai berikut :
E, t 1 x t 2 Jadi   suatu   gelombang   dengan   polaritas positif,  crest  =  1000  KV,  front  3  mikrodetik, dan panjang  21  mikrodetrik  dinyatakan sebagai : + 1000, 3 x 21.

## Dasar Pembumian
Tujuan pembumian pada dasarnya adalah :
1.  Ditujukan    pada    titik    netral    dan pembumian     umum,     dimaksudkan untuk   mengurangi   besar   tegangan lebih  surja  dan  mengontrol  besarnya arus hubungan singkat.
2.   Untuk         membatasi         tegangan- tegangan  pada  fasa-fasa  yang  tidak terganggu (sehat).
Vol.3 No1. Januari 2012                                                                                                                   32

## Sistem pembumian dengan tahanan
Rele  deteksi hubung  singkat  tanah  yang digunakan  untuk  sistem  ini adalah  rele tegangan  urutan  nol,  rele  arus  lebih  tanah dan   rele   arah  tanah  (ground  fault   relay) kedua  rele  terakhir  ini harus  mempunyai kepekaan  yang  tinggi  dan  harus  dapat bekerja dengan daya  (arus)  yang  rendah, karena  tahanan  yang  tinggi dan adanya tahanan  titik  hubung singkat  membatasi besarnya arus hubung singkat.

## Sistem    pembumian    dengan    Gulungan Petersen
Sistem  ini  baik  sekali guna  menanggulangi hubung-singkat  satu  fasa  ke  tanah  yang sifatnya  sementara karena  dapat  mematikan busur  api  yang  disebabkan oleh hubung singkat    itu.    Tetapi  untuk    hubung    singkat yang  tetap  (permanent) sukar  sekali  melihat adanya  hubung  singkat  itu  dari  arus  urutan nol yang mengalir.

## Rele gangguan tanah (Ground fault relay)
Rele  gangguan  tanah  akan  berhasil  dengan baik,     tergantung     dari     besarnya     arus gangguan  ke  tanah.  Sistem  yang  netralnya di bumikan     dengan     reaktansi.     Pada umumnya  arus  gangguan  tanah  besarnya berada  pada  batas-batas  (25%-100%)  dari arus    gangguan    3    fasa.    Sistem    yang dibumikan  dengan  tahanan,  arus  gangguan tanah  besarnya  10%-25%  dari  gangguan  3 fasa.

## PELINDUNG SALURAN TRANSMISI Lightning   Arrester   jenis   Ekspulsi   atau Tabung Pelindung
Arrester  ini  banyak  digunakan  pada saluran transmisi untuk  membatasi besar  surja  yang memasuki gardu induk.
Gambar 1. Elemen-elemen arrester jenis ekspulsi atau tabung.
Lightning Arrester jenis katup
Gambar 2 Elemen-elemen arrester jenis katup.
Arrester  jenis  katup  ini  dibagi  dalam  empat jenis :
1.   Arrester katup jenis gardu.
Umumnya  dipakai  untuk  melindungi alat-alat  yang  mahal  pada  rangkaian 2,4 kV sampai 287 Kv

## 2.   Arrester katup jenis saluran.
Arrester  jenis  saluran  ini  lebih  murah dari arrester  jenis  gardu  induk. Arrester jenis ini dipakai pada saluran dengan  tegangan  15  kV  sampai  69
kV
Gambar 3. Lightning arrester katup jenis saluran.
3.   Arrester  katup  jenis  gardu  untuk mesin-mesin.
Arrester  jenis  gardu  ini  khusus  untuk melindungi    mesin-mesin    berputar. Pemakaiannya   untuk   tegangan   2,4
kV sampai 15 kV.
4.   Arrester    katup    jenis    Distribusi untuk mesin-mesin.
Arrester  ini  khusus  dipakai  untuk melindungi mesin-mesin berputar dengan   tegangan   120   volt   sampai 750 volt..

## Kegagalan arrester
Kegagalan arrester untuk mengalirkan tegangan  lebih  ke  tanah  akan mengakibatkan   rusaknya   peralatan   pada
Vol.3 No1. Januari 2012
gardu.  Beberapa factor  yang  mengakibatkan gagalnya arrester bekerja
untuk
mengamankan peralatan dari tegangan lebih yaitu :
1.   Tahanan pada arrester
2.   Tabung arrester
3.   Tegangan dasar maksimum
4.   Penurunan tingkat isolator.
Karakteristik     lokasi     arrester     dengan tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Perlindungan    yang    baik    diperoleh    bila arrester  ditempatkan  sedekat  mungkin  pada jepitan  transformator.  Tetapi,  dalam  praktek sering arrester itu harus ditempatkan dengan jarak  S  dari  transformator  yang  dilindungi. Karena  itu,  jarak  tersebut  ditentukan  agar perlindungan    dapat    berlangsung    dengan baik. Contoh:
Ea   =Tegangan   percik   arrester   (arrester sparkover voltage)
Ep =Tegangan pada jepitan transformator A = de/dt = Kecuraman gelombang datang dan dianggap konstan S =Jarak antara arrester dan transformator V = Kecepatan merambat gelombang
Apabila transformator dianggap jepitan terbuka,  yaitu  keadaan  yang  paling  bahaya dan   gelombang   mencapai   transformator maka  akan  terjadi  pantulan  total  dan gelombang  ini  kembali  ke  kawat  saluran dengan polaritas  yang sama,  waktu  yang dibutuhkan oleh gelombang  untuk merambat kembali  ke  arrester  = 2  S/v.  Bila  arrester mulai  memercik    (sparkover)  tegangan jepitan arrester :
E a =At + A(t-2S/v)
Bila  waktu  percik  arrester  t so ,  dihitung  mulai gelombang  itu  pertama  kali  sampai  ke arrester,  maka  dari  persamaan di  atas menjadi :
Ep = 2At-2A(t-t so ) = 2A t so = 2A
Atau Ep = Ea + 2AS/v
Harga maksimum E p =2E a
Bila   tegangan   tembus   isolator   trafo=E p(fo) , maka  E p(fo) harus  lebih  besar   dari (Ea+2AS/v)   agar   diperoleh   perlindungan yang baik. Untuk mengubah harga E p , cukup dengan  mengubah  S,  yaitu semakin  kecil S maka semakin kecil E p
Data   name   plate   yang   terpasang   pada arrester :
Pabrik                         : BBC Type                            : HLMN 136 Tegangan nominal      : 136 kV Jenis pasangan          : Luar Tahun pembuatan      : 1982 Waktu maksimal         : 8/20 sc Frekuensi                    : 50 Hz

## Gambar 4 Bentuk Fisik Arrester type HLMN.

## PERHITUNGAN          dan          PEMILIHAN PENGENAL ARRESTER
Hasil penelitian 1. Waktu Percikan arester
t so =
Setelah  terjadi percikan,  maka arrester berlaku sebagai  jepitan hubung  singkat,  dan menghasilkan gelombang sebesar :
Gelombang  negatif  ini akan  merambat  ke transformator, dan  setelah  pantulan  pertama pada  transformator  terjadi,  jumlah  tegangan pada transformator menjadi
Gambar 5 Grafik waktu percik arrester berdasarkan penelitian
2.  Simulasi  diagram  tangga  untuk  tegangan sebesar 2 x p.u (tegangan sistem)
Berdasarkan   table   factor   tegangan   lebih sementara   dalam   koordinasi   yaitu   untuk tegangan  surja  hubung  dapat  berlangsung selama     10-4000     µ     detik,     sedangkan besarnya tegangan adalah 1.5-3.5 p. µ detik,
sehingga simulasi diagram tangga untuk 2 x p.u adalah :
Jawab :
a .. Ep = Ea + 2 AS v
a .= 250 − 350 = − 0,1551 256 + 350
b = 350 − 250 = 0.1551
256 + 350 ; a = 2 x 250 = 0,8448 256 + 350 ; b = 2 x 350 =1.1551
256 + 350 890 KV = 560 KV + S = 49 meter 1000 KV S 300
Gambar 6. Simulasi diagram tangga perlindungan arrester terhadap transformator.
Perhitungan           menentukan           jarak maksimum arrester dan peralatan
1. Waktu percik arrester
Berdasar diagram waktu percik arrester di atas,  maka  pada  saat  tergangan  2  x  p.u adalah saat t = 10.75 µdet, untuk 2.5 x p. µ  pada  saat  t  =  8.78  µdet,  untuk  3  x p.  u pada saat t = 8.75 µdet.
2.Perhitungan     jarak     maksimum     antara arrester dengan peralatan yang dilindungi
Dari     hasil     survey     diketahui     bahwa tegangan sistem peralatan adalah sebagai berikut,  transformator  500  KV  dengan  TID 890   KV.   Trafo   ini   dilindungi   arrester dengan   tegangan   percik   560   KV,   pada lecutan 10 KA,  dengan  jarak  perlindungan terhadap    peralatan    adalah    sejauh    38 meter,  misalkan sebuah surja 1000 KV, merambat  menuju peralatan    yang dilindungi  arrester  dengan  kecepatan  300 m/µdt,  berapakah  jarak  maksimum  antara arster   dan   peralatan,   sehingga   semua peralatan itu terlindungi dari bahaya surja?
Diketahui.
Ep = 890 KV Ea = 560 KV A = 1000 KV V = 300 m/µdt Ditanya : S (jarak maksimum antara arrester dengan peralatan) ?
Jadi  jarak    menurut  perhitungan    antar arrester  dengan peralatan  adalah  49  meter. Pada hal dalam  kenyataan di lapangan dipasang sejauh 38 meter, sehingga pemasangannya  masih di  bawah  harga maksimum. 1.  Analisis tegangan percik arrester t = 0     µdet     ; e = 0 KV
t = 2,5  µdet     ; e = 155.2 KV t = 5,0  µdet     ; e = 155.2 KV
t = 7,5  µdet     ; e = 155.2 + 155.2 + 131.1
= 441.51 KV t = 10,0 µdet   ; e = 441.51 KV t = 12,5 µdet    ;e= 441.51 + 131.11 + 110.76 = 683.398 waktu percik arrester ( t so ) sebesar 8 + ∆ t
650 = 441.51+1. 131.11
1551 2
208.49 = 75.72 ∆ t ∆ t = 2.75
Jadi t so = 8 + 2.75 =10.75 u det ik
2.  Naik tegangan pada transformator adalah sebagai berikut :
t = 0     µdet     ; e = 0 KV t = 2,5  µdet     ; e = 0 KV t = 5,0  µdet     ; e = 310.4 KV t = 7,5  µdet     ; e = 310.4 KV t = 10,0            µdet     ; e = 310.4 + 262.22 = 572.62 KV t = 12,5            µdet     ; e = 572.62 KV t = 20,0            µdet     ; e = 794.18 KV t = 22,5            µdet     ; e = 794.18 + 187.14 = 981.32 KV t = 25,0            µdet     ; e = 981.32 KV t = 27,5            µdet     ; e = 981.32 + 158.08 = 1139.4 KV
Jadi        tegangan        maksimum        pada transformator  adalah  sebesar  =  1139.4  KV sehingga transformator masih aman, karena tegangan  tersebut  masih  berada  di  bawah BIL transformator.
Gambar 7 Grafik tegangan pada transformator
Jadi  menurut  percobaan  simulasi  di  atas naik   tegangan   yang   terjadi   berdasarkan waktu berlangsungnya tegangan lebih dalam surja hubung  yaitu antara 10 –  4000 µdet, dengan  besarnya  antara  1.5  –  3.5  p.u (tegangan sistem)  adalah  sebesar  1471  KV, ini masih berada dibawah BIL dari transformator,  yaitu  sebesar  1550  KV, sehingga  arrester  masih  mampu  melindungi transformator tersebut.

## PENUTU P
Kesimpulan Dari    pembahasan  pada   bab-bab sebelumnya maka penulis mengambil beberapa kesimpulan antara lain :
1.   Menurut  perhitungan  analisis,  waktu berlangsungnya     percikan     arester masih berada dalam batas aman.
2.   Dari    hasil    simulasi    dan    analisis matematis,       jarak       pemasangan optimum   dari   arester   type   HLMN mampu melindungi transformator dari gangguan surja hubung (switching).
3.   Naik    tegangan    maksimum    pada transformator     adalah    sebesar    = 1139.4   KV   sehingga   transformator masih     aman,     karena     tegangan tersebut  masih  berada  di  bawah  TID transformator yaitu sebesar 1550 KV, sehingga    arrester    masih    mampu melindungi transformator tersebut.

## Saran
Penulis    memberikan  saran    bahwa pemakaian  arrester  dalam  sistem  tenaga listrik  sangat  baik  digunakan karena  mampu melindungi  peralatan-peralatan  sistem tenaga  listrik  dari arus  hubung  singkat  dan dalam memilih arrester  harus memperhatikan beberapa faktor  diantaranya :faktor  ekonomi,  faktor  kondisi  luar  dan kebutuhan perlindungan.

## DAFTAR PUSTAKA
1.   Abdul M. Mousa, 1976, Shielding of High Voltage And Extra High Voltage Substation,  IEEE  Transaction  on  Power Apparatus and System; Vol. PAS-95.
2.  Aris    Munandar    DR.,    1978,    Teknik Tegangan Tinggi,  PT. Pradaya  Paramita, Jakarta.
3.   Aris  Munandar  DR.,  S.  Kuwahara  DR., 1975,   Teknik   Tenaga   Listrik,   Jilid   II Saluran      Transmisi,      PT.      Pradaya Paramita, Jakarta.
4.    Hutauruk    T.    S.,    1976.  Pengetanahan Netral  Sistem-sistem  Tegangan  Tinggi, Departemen  Elektro  Teknik  Fakultas Teknologi Industri, ITB.