## SISTEM PROTEKSI PETIR DI GARDU INDUK SEDUDUK PUTIH SISTEM 150 KV PT. PLN (PERSERO) PALEMBANG

## DAENY SEPTI YANSURI
Dosen Tetap Yayasan pada Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Palembang e-mail : sdaeny@yahoo.com

## ABSTRAK
Sebagai  daerah  yang  beriklim  tropis,  Indonesia  mempunyai  hari  guruh  yang  tinggi setiap tahunnya. Hari guruh menentukan banyaknya jumlah sambaran petir per tahun pada suatu daerah.  Saluran  transmisi  udara  tegangan  tinggi  menggunakan  menara  transmisi  yang  tinggi, sehingga kemungkinan terjadinya sambaran petir sangat besar terutama sambaran petir langsung ke  kawat  fasa  yang  dapat  mengganggu  sistem  kelistrikan  yang  ada.  Sambaran  petir  yang merambat  dari  kawat  fasa  ini  menyebabkan  terjadinya  gelombang  berjalan  yang  merambat  ke Gardu  Induk.  Metode  yang  digunakan  dalam  menganalisa  hasil  perhitungan  adalah  metode pantulan yang dapat digunakan untuk menentukan jarak maksimum arrester dan peralatan, dan juga  untuk  menentukan  panjang  maksimum  kabel  penghubung  peralatan  dengan  saluran transmisi.  Dari  hasil  perhitungan,  proteksi  petir  pada  Gardu  Induk  seduduk  putih    Sistem  150 kV  PT.  PLN  (Persero)  Palembang  sudah  cukup  baik  hingga  arus  puncak  petir  sebesar  20  kA. Untuk arus puncak petir 10 kA surja yang sampai ke transformator adalah 282,80 kV/μs, untuk arus  puncak  petir  20  kA  surja  yang  sampai  ke  transformator  adalah  441,02  kV/μs.  Sedangkan untuk  arus  puncak  petir  yang  lebih  dari  20  kA  surja  yang  sampai  ke  transformator  sudah melebihi  BIL  transformator.  untuk jarak  arrester  pertama  ke  transformator  adalah  47,68  meter dan untuk jarak arrester kedua ke transformator adalah 6,43 meter.
Kata Kunci : Sambaran Petir, Lightning Arrester, Shielding Failure

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Saluran  transmisi  udara  tegangan  tinggi  menggunakan  menara  transmisi  yang  tinggi, sehingga kemungkinan terjadinya sambaran petir sangat besar terutama sambaran petir langsung ke  kawat  fasa  yang  dapat  mengganggu  sistem  kelistrikan  yang  ada.  Sambaran  petir  yang merambat  dari  kawat  fasa  ini  menyebabkan  terjadinya  gelombang  berjalan  yang  merambat  ke Gardu  Induk.  Surja  petir  ini  dapat  membahayakan  peralatan  listrik  yang  ada  di  dalam  Gardu Induk  yaitu  transformator.  Untuk  melindungi  Gardu  Induk  dari  surja  petir  ini  dapat  dilakukan dengan  menggunakan  alat  proteksi  tegangan  lebih  seperti  Lightning  Arrester.  Penempatan lokasi dari arrester ini akan menentukan baik aman atau tidaknya suatu Gardu Induk.
Arrester  akan  bekerja  bila  merasakan  surja  petir  dan  akan  bersifat  sebagai  isolasi kembali setelah tegangan lebih yang terjadi lebih rendah daripada tegangan pelepasan arrester. Untuk  menentukan  lokasi  penempatan  Lightning  Arrester  tersebut,  dapat  dilakukan  dengan berbagai  metode  bahkan  dengan  menggunakan  perhitungan  dengan  program.  Tetapi,  pada penelitian di Gardu Induk Seduduk Putih , perhitungan dilakukan dengan metode konvensional dengan  berdasarkan  konsep  yang  mapan  terhadap  tegangan  lebih  yang  diakibatkan  oleh  surja petir.

## 1.2. Tujuan Penelitian
Tujuan  dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  berapa  besar  tegangan  lebih  yang masuk  ke  Gardu  Induk  dan  menentukan  jarak  aman  antara  arrester  dengan  transformator. Sehingga surja petir yang masuk dapat diredam sebelum mencapai transformator.

## 1.3. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah dengan mengetahui perhitungan yang dilakukan  maka  pemasangan  arrester dan  jumlah arrester  yang  akan  di  pasang  dapat  diketahui dan dipasang.

## 1.4. Ruang Lingkup Penelitian
Penelitian ini dilakukan dengan cara observasi lapangan, sehingga data dapat diperoleh secara wawancara atau studi pustaka yang ada di lapangan yaitu di Gardu Induk Seduduk Putih, dan hanya berkisar seputar data transformator yang ada di Gardu Induk.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Tegangan Lebih Petir
Tegangan lebih adalah tegangan yang hanya dapat ditahan untuk waktu terbatas. Secara umum menurut jenisnya dapat dibagi sebagai berikut :
1. Berdasarkan sebabnya :
a. Sebab dalam ( Internal Overvoltage ), contoh : tegangan lebih switching
b. Sebab luar ( External Overvoltage ), contoh : tegangan lebih petir
1. Berdasarkan bentuknya :
a. Periodik, contohnya tegangan lebih temporer
b. Aperiodik, contohnya tegangan lebih petir
2. Berdasarkan sumbernya :
a. Petir
 Sambaran langsung pada kawat fasa
 Sambaran tidak langsung atau induksi pada kawat fasa
b. Switching Contoh :
 Pemutusan arus hubung singkat
 Pemutusan arus pada penghantar terbuka
 Pemisahan dari transformator beban nol
 Penyambungan atau pemutusan beban
c. Temporer, contohnya gangguan kawat fasa ke tanah
Adapun  mekanismenya  terjadi  sambaran  petir  ke  bumi  terdiri  dari  tahapan-tahapan  sebagai berikut :
a. Initial Leader (Lidah Mula)
b. Return Stroke
c. Multiple Stroke (Sambaran Berulang)
2.2. Tegangan Lebih Akibat Sambaran Petir

## A. Sambaran Langsung (direct Strike) pada kawat penghantar)
Gambar : Sambaran Langsung pada Penghantar [5, 6]

## B. Sambaran Tidak Langsung atau Sambaran Induksi
Gambar :  Sambaran Tidak Langsung [5, 6]

## 2.3. Parameter Petir [6]
A. Kepadatan Sambaran Petir Ke Tanah/km 2 tahun ( g F )
B. Arus Puncak Petir ( Î )
C. Kecuraman Petir Maksimum   maks dt di

## D. Muatan Petir (Q)
2.4. Sistem Proteksi Terhadap Tegangan Lebih Petir
A. Perlindungan Hantaran Udara Terhadap Sambaran Langsung
B. Perlindungan Gardu Induk Terhadap Sambaran Petir Langsung
Gambar : Sambaran pada Menara dengan Kawat Tanah [1, 2, 3]

## 2.5. Koordinasi Isolasi [1, 2, 3]

## A. Koordinasi Isolasi Pada Gardu Induk
B. Lightning Arrester
 Karakteristik Lightning Arrester Agar bekerja secara optimal, arrester harus memenuhi karakteristik sebagai berikut :
1. Arrester mempunyai tegangan dasar ( rated ) 50 c/s yang tidak boleh dilampaui.
2. Arrester  mempunyai  karakteristik  yang  dibatasi  oleh  tegangan  ( voltage  limiting ) bila dilalui oleh berbagai macam arus petir atau surja hubung.
3. Arrester mempunyai batas termis.
Gambar : Pengaruh arrester terhadap surja [1, 2, 3]
Keterangan gambar : A  =   gelombang surja di gardu induk tanpa arrester B  =   gelombang surja di gardu induk dengan arrester C  =   tegangan percikan pada muka
D  =   tegangan pelepasan (sisa)
 Tipe dan Cara Kerja Arrester
1. Tipe Ekspulsi (expultion)
2. Tipe MOV (Metal Oxide Arrester)
 Pemasangan Lightning Arrester
 Pemilihan Rating Arrester
1. Tegangan Nominal atau Tegangan Pengenal
2. Arus Pelepasan Nominal
3. Tegangan Percikan Frekuensi Jala-Jala
4. Tegangan Sisa
C. Karakteristik Lokasi Arrester Dengan Tingkat Isolasi Peralatan Yang Dilindungi
1. Protective Margin : PM = BIL / (0,25 + 1)
2. Jarak Arrester Terhadap Peralatan yang Dilindungi :
) ( ) ( ) ( 2 v x e x r x V V x a T o  
D. Pemilihan Jumlah Isolator Untuk tegangan yang harus ditahan oleh isolator digunakan perumusan, yaitu : Vm = 12/11 x V
) ( 3 n x V E m 

## 3. METODE PENELITIAN

## 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  pada  Gardu  Induk  Seduduk  Putih  yang  beralamat  di  Jl. Abikusno  Cokrosuyoso  No.24  Palembang  Sumatera  Selatan.  Dan  pelaksanaan  pengambilan data  untuk  penelitian  dilakukan  pada  saat  hari  dan  jam  kerja  yang  berlaku  di  Gardu  Induk Seduduk Putih.

## 3.2. Metode Analisa
Metode yang digunakan dalam menganalisa hasil perhitungan adalah metode pantulan. Metode  pantulan  adalah  metoda  pendekatan  yang  dapat  digunakan  untuk  menentukan  jarak
maksimum  arrester  dan  peralatan,  dan  juga  untuk  menentukan  panjang  maksimum  kabel penghubung peralatan dengan saluran transmisi.

## 3.3. Pengolahan Data
Data  yang  telah  diperoleh  disusun  kemudian  dilakukan  perhitungan-perhitungan  untuk mendapatkan hasil yang kemudian dianalisa. Pengolahan data yang dilakukan meliputi: [7, 8, 9, 10]
1. Perhitungan  parameter-parameter  petir  yang  ada  di  daerah  Seduduk  Putih    untuk mengetahui resiko sambaran petir pada saluran transmisi gardu induk Seduduk Putih .
2. Perhitungan  gelombang  berjalan  pada  saluran  transmisi,  saluran  penghubung,  saluran busbar dengan persamaan :
2 1 2 2 Z Z Z e e f t   1 2 1 2 Z Z Z Z e e t r   
Tegangan yang sampai ke transformator : e t = 2 x e f 3. Perhitungan impedansi surja saluran transmisi dengan persamaan :
C L Z c  4. Perhitungan tegangan gangguan pada saluran transmisi dengan persamaan :     Tr maks xZ dt di dt dv  Dimana :   s kA I dt di maks  / ˆ 2358 , 1 7042 , 0  
5. Perhitungan Protective Margin dengan rumus :
BIL = (Safety Margin + 1) x PM
PM  = BIL / (Safety Margin +1)
Dimana : Safety Margin yang diambil adalah 25 % Sehingga : PM  = BIL / (0,25 + 1)
6. Perhitungan arus pelepasan pada arrester dengan menggunakan rumus :
A o Z Z V e I    2 2 kA
Dimana :
e = Tegangan gelombang datang
V o = Tegangan yang ditahan oleh arrester Z 2 = Impedansi karakteristik saluran penghubung
Z A = Impedansi karakteristik arrester
7. Perhitungan jarak lindung arrester terhadap transformator dengan rumus :
) ( ) ( ) ( 2 v x e x r x V V x a T o  
Dimana :
V T = tegangan terminal dari peralatan yang dilindungi (kV)
V a = tegangan pelepasan dari arrester (kV) v  = kecepatan surja gelombang, dimana 300 m/μs (di udara) x o = jarak arrester dengan peralatan (m)
e = kecuraman muka gelombang dari gelombang yang datang (kV/ μs)
r = faktor refleksi
tahun km sambaran IKL P F g 2 33 , 0 563 , 0 4 ) ( 10 123      tahun km sambaran F g 2 / 432985227 , 4  coloumb Q 994920506 , 8    s kA dt di maks  / 00244334 , 19 
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Perhitungan  Resiko  Sambaran  Petir  Pada  Saluran  Transmisi  Gardu  Induk Seduduk Putih [6]
a) Kepadatan sambaran petir ke tanah/km 2 tahun (F g )
b) Arus puncak petir   I kA e F I A L g i )} 10 40752 , 2 ( ) 10 14170 , 4 {( 332737 , 0 4 3
5143 , 29 ˆ             kA I 46225932 , 48 ˆ 
c) Kecuraman Petir Maksimum   m aks dt di d) Muatan Listrik Maksimum (Q)

## 4.2. Hasil Perhitungan Kopling Antara Kawat Tanah dengan Kawat Fasa
No. Kawat Fasa Faktor Kopling (K) 1. R 0,4242 2. S 0,3041 3. T 0,2202 4.3. Perhitungan Jumlah Gangguan Akibat dari Kegagalan Perisaian
X S S min S maks I min I maks P min P maks N SF R - 0,94 32,04 32,03 10 8,47 0,95 0,97 0,25 S -3,10 32,04 26,56 10 6,35 0,95 0,98 1,65 T -5,62 32,04 23,28 10 5,18 0,95 0,99 3,55

## 4.4. Perhitungan Tegangan Gangguan pada Saluran Transmisi
No. Arus puncak petir   kA I
Kecuraman
arus petir (di/dt) kA /  s di/dt x Z tr kV /  s 1. 10 6,25 2267,81
2. 20 10,19 3694,89 3. 30 13,56 4915,83 4. 40 16,60 6019,75 5. 48,46 19,00 6890,79

## 4.5. Hasil Perhitungan untuk semua arus puncak petir
No. I ˆ (kA) dv/dt saluran (kV/μs) dv/dt (kV/μs) A1 A2 M TR 1. 10 2267,81 177,35 141,40 282,80 2. 20 3694,82 287,63 220,51 441,02 3. 30 4915,83 381,99 288,20 576,40 4. 40 6019,75 467,31 349,40 698,79 5. 48,46 6890,79 534,62 397,69 795,37

## A. Koordinasi Jarak Arrester dengan Transformator [4, 5]
Untuk jarak antara arrester A1 ke transformator adalah :
) 300 ( ) 5 6890,78988 ( ) 079443573 , 0 ( 2 346 520 x x x x o   = ) 300 ( 857939 , 1094 174 x =    47,67741836 meter
Untuk jarak antara arrester A2 ke transformator adalah :
) 300 ( ) 5 6890,78988 ( ) 272727272 , 1 ( 2 144 520 x x x x o   = ) 300 ( 19242 , 17540 376 x =   6,430944274  meter
Gambar : Jarak Antara Arrester Terhadap Transformator [1, 2, 3]

## B. Pemilihan Jumlah Isolator
Untuk tegangan yang harus ditahan oleh isolator digunakan perumusan, yaitu : Vm  =  12/11  x  V =  12/11  x  150 =  163,6363   kV
kV 113,3705 ) 2 , 1 ( 3 6363 , 163 
 x E
Dengan  mengasumsikan  kontaminasi  yang  dapat  terjadi  maka  dipakai  rumus  untuk menghitung tegangan ketahanan dari tiap keping isolator, yaitu :
) ( ) 8 / 5 ) 2 ( 5 , 1 ( ) 1 , 0 / ( 28 3 / 1 5 / 1 k x K K W V    = n kV/piringa 10,413 ) 1 , 1 ( ) ) 1 , 0 8 / 5 ( ) 2 1 , 0 ( 5 , 1 ( ) 1 , 0 / 03 , 0 ( 28 3 / 1 5 / 1    x x
Sehingga jumlah piringan dari hasil teoritis adalah :
piringan 11 piringan 8874 , 10 413 , 10 3705 , 113   

## 4.6. Analisa Hasil Perhitungan
Dari tabel didapatkan informasi bahwa proteksi petir pada Gardu Induk Seduduk Putih Sistem 150 kV Palembang sudah baik untuk arus puncak petir ( ̅              ) . Besar tegangan gangguan petir { ⁄ }        ( ̅ ) adalah sebesar 3694,818207 kV/μs atau 3694,82
kV/  s.  Sedangkan  tegangan  gangguan  petir  yang  sampai  ke  transformator  adalah  sebesar 441,0191674 kV/μs atau 441,02  kV/  s.    Tegangan  ini  berada  pada  margin  yang  aman  untuk transformator yaitu 520 kV. Namun untuk ( ̅)         ( ̅ )                ( ̅ ) menurut perhitungan, tegangan gangguan petir yang sampai ke transformator berada di atas margin aman transformator tersebut.
Menurut perhitungan, lebar daerah yang tak terlindungi untuk seluruh kawat fasa  sudah baik yaitu sebesar R  =  - 0,9430 meter untuk fasa S  =  -3,1058 meter dan untuk fasa T  =  - 5,6189.Untuk  jarak  perlindungan  arrester  terhadap  transformator  secara  matematis  adalah 47,67741836  meter  atau  47,68  meter.  Jarak  ini  sudah  mendekati  jarak  yang  ada  di  lapangan yaitu    51  meter.  Sedangkan  untuk  jarak  arrester  kedua  terhadap  transformator  adalah 6,430944274 meter atau 6,43 meter.
Untuk  mengetahui  tegangan  lebih  petir  yang  terjadi  pada  jarak  51  meter,  dapat dilakukan dengan mengasumsikan kecuraman gelombang tegangan yang datang yang sampai ke transformator adalah berdasarkan arus puncak petir
tertinggi ( ̅ )
{ ⁄ } { ⁄ }
( )    ( ) ( )
( )    ( )    ( )   ( )
(  )     ( )    (           )     (           )
(   )
Jelas sekali bahwa tegangan ini melebihi BIL transformator.

## 5. PENUTUP
1. Proteksi  Gardu  Induk  Seduduk  Putih  Sistem  150  kV  PT.  PLN  (Persero)  Palembang terhadap tegangan lebih petir yang datang dari saluran secara matematis sudah cukup baik untuk ( I ˆ ) ≤ 20 kA. Hal ini dapat dilihat, untuk arus puncak petir ( I ˆ ) = 20 kA, besarnya tegangan lebih yang sampai ke transformator adalah 441,0191674 kV/μs. Tentu saja nilai ini masih berada dalam margin aman  transformator yaitu 520 kV. Sedangkan untuk ( I ˆ ) >
20 kA, besarnya tegangan lebih yang sampai ke transformator melebihi margin aman dari transformator.
2. Secara  perhitungan,  jarak  lindung  arrester  terhadap  transformator  adalah  47,67741836 meter.  Jarak  ini  sudah  mendekati  besarnya  jarak  lindung  arrester  di  lapangan,  yaitu  51 meter. Sedangkan jarak arrester kedua terhadap transformator adalah 6,430944274 meter.
3. Menurut  perhitungan,  lebar  daerah  yang  tak  terlindungi  untuk  seluruh  kawat  fasa    sudah baik  yaitu  sebesar  -0,9430  meter  untuk  fasa  R,  -3,1058  meter  untuk  fasa  S  ,  dan  -5,6189 untuk fasa T.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Arismunandar,  Artono,  2001, Teknik  Tegangan  Tinggi ,  Penerbit  PT.Pradnya  Paramita, Jakarta.
[2] Artono Arismunandar dan Susumu Kuwahara, 1993, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik II , Penerbit PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
[3] Artono Arismunandar dan Susumu Kuwahara, 1993, Buku Pegangan Teknik Tenaga Listrik III : Gardu Induk , Penerbit PT.Pradnya Paramita, Jakarta.
[4]  Syamsir  Abduh  dan  Angga  Septian.  2009. Analisis  Gangguan  Petir  Akibat  Sambaran Langsung Pada Saluran Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV . Universitas Trisakti. Jakarta.
[5] Analisis  Pemetaan  Sambaran  Petir  Akibat  Bangunan  BTS  Terhadap  Lingkungan  dan Sekitarnya di Kota Medan. Skripsi. Universitas Sumatera Utara, http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/17356/3/Chapter%20II.pdf
[6]  Hutauruk,  T.S,  M.E.E.,  Ir.,  1991, Gelombang  Berjalan  Dan  Proteksi  Surja ,  Penerbit Erlangga.
[7] Kholis, Nur. 2006. Unjuk Kerja Arrester Type HLMN 136 Untuk Pengamanan Reaktor 7R1 Pada  Gardu  Induk  500  KV  di  UPT  Semarang .  Skripsi.  Universitas  Negeri  Semarang. Semarang.
[8]  Parhusip,Ropendi.  2010. Analisa  Sistem  Proteksi  Petir  Pada  Gardu  Induk  Sistem  275  KV PT. INALIUM KUALA TANJUNG. Skripsi. UNSRI.
[9] Rosyadi, Almon. 2009. Evaluasi Sistem Proteksi Petir Eksternal Pada Gedung Universitas Sriwijaya . Skripsi, UNSRI.
[10]  Sagala,  S.  Romulo.  2006. Analisa  Sistem  Perlindungan  Gardu  Induk  Simpang  Tiga Terhadap  Gangguan  Sambaran  Petir  di  Saluran  Transmisi  dan  Sambaran  Langsung Pada Gardu Induk .  Skripsi. UNSRI.