http://dx.doi.org/10.23960/jitet.v12i1.3707

## ANALISIS  KETAHANAN  UJI  RESIDUAL  VOLTAGE
SURGE ARRESTER

## 24KV-10KA MENGGUNAKAN LIGHTNING IMPULSE
Putri Andini Maulana 1* , Ilham Akbar Darmawan 2
Department of Electrical Engineering Vocational Education, Faculty of Teacher Training and Education , Universitas Sultan Ageng Tirtayasa, Indonesia
Riwayat artikel:
Received: 24 Oktober 2022 Accepted: 29 Desember  2023 Published: 1 Januari  2024

## Keywords:
Protection ; Residual voltage ;
Surge Arrester ;

## Corespondent Email:
putriandini178@gmail.com
Abstrak. Alat  sistem  proteksi  peralatan  listrik  dari  sambaran  petir  pada saluran  distribusi  sebagian  besar  menggunakan surge  arrester 24kv-10kA berbahan metal  oxide  varistor (MOV).  Oleh  sebab  itu surge  arrester harus memiliki ketahanan terhadap tegangan lebih. Uji residual voltage dilakukan setelah  proses  produksi  untuk  mengetahui  tingkat  ketahanan.  Metode  yang digunakan dalam penelitian ini adalah observasi, studi pustaka, dan pengujian. Dalam penelitian ini terdapat dua hasil pengujian residual voltage , yaitu surge arrester yang memiliki ketahanan dan surge arrester yang meledak. Dimana pada surge arrester meledak hasilnya melebihi nilai standar pengujian. Grafik yang dihasilkan gelombang meledak digunakan memiliki bentuk yang tidak teratur  setelah  terbentuknya  T2  (waktu  puncak  gelombang).  Namun, meledaknya surge  arrester dapat  disebabkan  oleh  beberapa  faktor  salah satunya yakni besarnya partial discharge .
Abstract . Most electrical equipment protection systems from lightning strikes in distribution channels use 24kv-10kA surge arresters made from metal oxide varistors  (MOV).  Therefore,  surge  arresters  must  have  resistance  to overvoltage.  The  residual  voltage  test  is  carried  out  after  the  production process to determine the level of resistance. The methods used in this research are observational, literature review and testing. In this research there are two residual voltage test results, namely a surge arrester that has resistance and a surge arrester that explodes. Where the surge arrester explodes the results exceed the standard test value. The resulting graph of the burst wave used has an irregular shape after the formation of T2 (wave peak time). However, the explosion of a surge arrester can be caused by several factors, one of which is the large partial discharge.

## PENDAHULUAN
Pada  jaringan  distribusi  pada  umumnya terdapat  trafo  distribusi  yang  dipasang  pada tiang  listrik.  Tingginya  letak  trafo  ini  menjadi salah  satu  faktor  yang  membuat  petir  mudah menyambar  dan  merusak  jaringan  distribusi. Jaringan  tegangan  rendah  bercabang  dari jaringan  tegangan  tinggi  dari  gardu  induk  ke berbagai arah untuk menyalurkan tenaga listrik bahkan ke daerah yang terpencil sekalipun [1].
Kilatan  petir  secara  representasikan  bahaya pada  jaringan  distribusi  listrik  di  mana  hal  itu menyebabkan kerusakan. Selain itu, petir dapat
menyebabkan  padamnya  sistem  tenaga  listrik [2].  Sambaran  petir  dapat  menyebabkan kerusakan  fisik  pada  bangunan  maupun kerusakan  internal  terhadap  isi  dan  atau penghuni bangunan tersebut[3].
Surge  arrester dirancang  untuk  melindungi perangkat  sistem  distribusi  daya  dari tegangan berlebih transien, yang disebabkan oleh proses penyalaan dan sambaran petir [4], [5]. Arrester adalah  bagian  penting  dari  proteksi  sistem tenaga  dan  oleh  karena  itu  harus  dapat diandalkan  dalam  kondisi  normal  dan  kondisi saat terjadi lonjakan[6] . Secara umum proteksi
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
didefinisikan sebagai pengamanan atau perlindungan  suatu  sistem  tertentu  untuk mencegah  kerusakan  atau  hal-hal  yang  tidak diharapkan  dan  berpotensi  merugikan  sistem tersebut [7]
Arrester mempunyai fungsi sebagai protreksi  perlatan  dari  tegangan  lebih.  Ketika terjadi  tegangan lebih arrester akan berfungsi melewatkan  aliran  lsitrik  tinggi  ke  tanah sehingga  tidak  timbul    tegangan  lebih  pada peralatan,  namun  saat  kondisi  normal  arrester berlaku sebagai isolasi [8]. Ciri utama MOSA ( Metal Oxide Surge Arresters ) adalah tingginya ketidaklinieran antara tegangan dan arus (kurva V-I).Karakteristik  ini  memungkinkan  arus dalam  kisaran  miliampere  mengalir  melalui MOSA, ketika kondisi normal. Namun, puluhan kiloampere bisa mengalir melalui MOSA ketika ada sambaran petir[9]. Arrester terdiri dari dua jenis : jenis ekspulsi atau tabung pelindung dan jenis katup [10].
Sebagai  sistem  proteksi  ketahanan surge arrester harus  dibuktikan  terlebih  dahulu,  jika tidak  dapat  menyebabkan  bahaya  ketika  alat tidak  berfungsi  dengan  baik.  Oleh  sebab  itu pengujian residual  voltage dilakukan  untuk mengetahui  ketahanan  dan  kualitas  dari surge arrester .  Hasil  dari  pengujian  ini  juga  dapat digunakan  sebagai  tolak  ukur  pemilihan surge arrester .  Dalam  penelitian  ini surge  arrester akan  diuji  dengan lightning  impulse untuk mengetahui  perbandingan  ketahanan  masing- masing.

## TINJAUAN PUSTAKA
Pada pemasangan arrester , ketika tegangan lebih  mengalir  pada  konduktor  dan  berjalan sepanjang  saluran  maka  dibuang  oleh arrester ketika  mencapai  tegangan  kerjanya  dan ditanahkan. Arrester akan  membuang  energi dari petir ke tanah tanpa mengijinkan terjadinya arus ikutan pada frekuensi sistem [11]. Arrester ditempatkan sedekat mungkin dengan terminasi kabel,  dimana  kawat  penghubung  arrester dihubungkan  dengan  pembumian  kabel  dan dibumikan  langsung  dari  terminal  pembumian arrester [12].
Gambar 1. Penempatan Surge Arrester
Sumber: SPLN D5.006

## 2.1 Material Utama Surge Arrester
Gambar 2. Metal Oxide Varistor
Varistor  metal  oxide (varistor  ZnO)  adalah komponen  utama  MOSA  ( Metal  Oxide  Surge Arresters ),  yang  merupakan  semikonduktor yang memiliki karakteristik non-linear. Artinya hubungan  tegangan  dan  arus  tidak  linier,  dan resistansi elemen bervariasi sehubungan dengan tegangan yang diterapkan [13].
Varistor  ( variable  resistor )  adalah  resistor tergantung tegangan dengan kurva karaktenstik V/I  yang  memiliki  karakteristik  tahanan  yang dapat  berubah-ubah  tergantung  dan  arus  atau tegangannya [14].

## 2.2 Tegangan Residual Surge Arrester
Tegangan  Residual  Maksimum  ( Maximum Residual Voltage ) adalah nilai puncak tegangan antara terminal dari arrester selama terjadi arus pelepasan [12].
Untuk dapat mengetahui surge arrester akan berfungsi  dengan  baik  atau  tidak  maka dilakukan  pengujian residual  voltage  dengan Lightning  Impulse  Residual  Voltage  Test .
Dalam  ketentuan  standar  IEC  ( International Electrotechnical  Commission )  60099-4  (2009)
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
menyatakan  bahwa  saat  Impuls  ini  diberikan maka dalam surge arrester terbentuk gelombang  yang  memiliki  waktu  awal  antara 7μs  hingga  9μs  dan  waktu  Vpp  adalah  antara 18μs hingga 22μs[15].
Standar  ketahanan  uji residual  voltage berdasarkan  IEC  60099-4  tahun  2009  dan SPLN  D5.006  tahun  2013  adalah  sebagai berikut:
Tabel 1. Standar Hasil Pengujian Residual
Voltage Surge Arrester Arus (kA) T1 ( 𝝁𝒔) T2 ( 𝝁𝒔) 10 ±5% 7-9 18-22
Tegangan  Residual  Maksimum  standarnya telah  di  tetapkan  dalam  SPLN  D5.006:  2013 bahwa  tegangan  residual  dengan  arus  impuls petir  (gelombang  8/20  μs)  harus  <67  kV. Namun standar hasil pengujian bukan merupakan  faktor  terbesar  meledaknya surge arrester saat pengujian, melaikan ada beberapa faktor lain yang akan dibahas dalam analisis ini.

## METODE
Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah  metode  observasi,  studi  Pustaka  dan pengujian.  Teknik  pengumpulan  data  dengan obsercasi tidak terbatas pada orang, tetapi juga obyek-obyek  lain[16].  Teknik  ini  digunakan karena  dalam  penelitian  ini  akan  mengamati ketahanan suatu produk.
Studi pustaka merupakan proses
pengumpulan  data  dengan  mencari  referansi dari  buku,  jurnal,  artikel,  dan  lain-lain  yang relevan dengan apa yang diamati.
Gambar 3. Flowchart Penelitian
Pengujian  dilakukan  dengan  menggunakan mesin Impulse current  Test  System 100kV,  50 kJ  ICS  100-50.   Dimana  mesin ini  memiliki  3 tiga bagian yaitu:
Gambar 4. Impulse current Test System
100kV, 50 kJ
• Control Desk , merupakan komputer yang dapat  menghidupkan  dan  mematikan mesin,  ataupun  megatur  tegangan  yang akan  diberikan  saat  pengujian.  Mesin impulse ini diaktifkan dengan menggunakan impulse  control  system . Pada impulse  control  system ini  juga digunakan untuk  mengatur besar tegangan  pelepasan  dengan  maksimal tegangan  100  kV  dan  mengatur  waktu charging .  Selain  itu  komputer  ini  juga menangkap  dan  menunjukan  hasil  dari pengujian yang berupa gelombang. Pada saat  impuls  terjadi  gelombang  di osiloskop  terbentuk  dengan  kecepatan yang  tidak  dapat  diamati  oleh  mata manusia.  Satuan  waktu  gelombang tersebut mencapai μs.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
• Generator  Main  Body ,  adalah  bagian utama dari mesin pada pengujian residual voltage .  Generator  ini  yang  berfungsi melepaskan  tegangan  tinggi  ( Lightning Impulse )  pada  surge  arrester.  Pada
Generator  main  body ini  terdapat kapasitor  yang  dapat  menyimpan tegangan  sampai  dengan  25kV,  dan terdapat 10 kapasitor pada alat ini.  Selain itu pada generator terdapat ground yang tehubung  langsung  dengan  tanah  untuk surge arrester mengalirkan tegangan.
• Charging  rectifier ,  yaitu  bagian  yang berfungsi  untuk  mengalirkan  tegangan menuju kapasitor sebelum dilepaskan.
Selain  bagian  diatas  pengujian  ini menggunakan stick grounding untuk menghilangkan  sisa  sisa  tegangan  setelah pengujian pada generator. Residual voltage test dilakukan  dengan  beberapa  tahapan,  tahapan- tahapan tersebut antara lain:
Gambar 5. Proses Pengujian Hasil  pengujian  disajikan  dalam  bentuk gelombang  disertai  beberapa  paremeter  yang berpengaruh dalam analisis pengujian ini yaitu:
Ip = Arus pengujian (kA) T1 = Waktu gelombang terbentuk (μs) T2 = Waktu puncak gelombang (μs) Up = Tegangan residual (kV)
Selain  parameter  diatas  yang  terdapat  pada hasil  pengujian  tidak  mempengaruhi  analisis terhadap residual voltage test surge arrester .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Surge  arrester atau  penangkal  petir merupakan alat proteksi sistem distribusi listrik dari  kerusakan  yang  disebabkan  oleh  petir. Cara  kerja surge  arrester adalah  ketika menerima  tegangan  yang  nilainya  mencapai pada tegangan kerja maka varistor akan lansung bersifat  sebagai  konduktor  yang  mengalirkan tegangan  lebih  ke ground .  Setelahnya  varistor akan  dengan  cepat  kembali  menjadi  isolator untuk  menghindari  daya  yang  terbuang  dari sistem distribusi.
Dari  pengujian residual  voltage diperoleh hasil surge  arrester yang  memiliki  ketahanan dan surge  arrester yang  meledak. Surge arrester yang  memiliki  ketahanan  terhadap tegangan uji residual dapat dilihat pada gambar di bawah:

## Gambar 6. Grafik Gelombang Tidak Meledak
Gelombang CH 1 menunjukan gelombang arus  dalam surge  arrester .  Sedangkan  CH  2 menunjukan  gelombang  tegangan  yang ditangkap pada saat tegangan pelepasan. Positif dan negatif dari kedua gelombang dipengaruhi polaritas  dari  alat  yang  berguna  untuk membedakan  gelombang  arus  dan  tegangan. Dari  gambar  dapat  dilihat  bahwa  gelombang yang  terbentuk  tidak  memiliki  distorsi  setelah tebentuknya  puncak,  dengan  hasil  ini  maka gelombang yang dihasilkan dapat dikategorikan dengan  gelombang  normal  dalam  uji residual voltage .
Adapun  hasil  pengujian  selanjutnya merupukan hasil pengujian dari surge arrester yang  meledak  saat  pengujian residual  voltage dapat dilihat pada gambar di bawah ini:
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
Gambar 7. Grafik Gelombang Meledak Gambar  di  atas  memperlihatkan  adanya distorsi yang signifikan pada kedua gelombang baik  itu  gelombang  arus  dan  gelombang tegangan setelah terbentuknya puncak. Hasil ini dikatakan dengan gelombang yang tidak normal pada  uji residual  voltage .  Distorsi  gelombang ini  dapat  disebabkan  adanya  kerusakan  dalam varistor  bawah  yang  membuat  lonjakan tegangan terjagi kembali.
Tabel 2. Perbandingan Hasil Pengujian
Surge Arrester Arus (kA) T1 ( 𝝁𝒔) T2 ( 𝝁𝒔) Tegangan Residual (kV) Tidak Meledak 10.66  7.73  21.46 59.01 Meledak  12.08  11.30  25.44 64.85
Dari  tabel  di  atas  diketehui  hasil  dari pengujian residual voltage surge arrester yang tidak  meledak  dan  meledak. Surge  arrester tidak  meledak  memiliki  hasil  pengujian  yang sesuai dengan standar hasil pengujian (Tabel 1). Arus yang didapatkan sesuai dangan arus rating yaitu  10kA  dan  tegangan  bernilai  <67kV. Sedangkan surge arrester meledak menunjukan hasil yang tidak sesuai standar hasil pengujian. Meskipun  nilai  tegangan  residual  yang  masih dibawah nilai maksimum, namun nilai lainnya melebihi  standar  pengujian. T1 surge  arrester meledak  yaitu  11.30μs  yang  berarti  memiliki selisih  sebesar  2,30μs  dengan  standar  hasil pengujian,  T2  memiliki  selisih  sebesar  3,44μs dan pada arusnya terdapat selisih 2.08A. Nilai arus yang didapat surge arrester meledak lebih besar  0.208%  dari  standar  hasil  pengujian. Meledaknya  alat  sistem  proteksi  ini  dapat disebabkan oleh beberapa faktor, diantaranya:
1. Besarnya partial  discharge yang terdapat  dalam  surge  arrester. Partial discharge ini  merupakan  peristiwa
dimana terdapat percikan api dari listrik yang mengenai satu titik di isolator dan menciptakan suatu rongga.
2. Tegangan uji yang dilepaskan melebihi nilai  yang  ditentukan  dalam  system.
Hal  ini  disebabkan  oleh error  system dari alat yang digunakan. 3. Varistor yang tidak bekerja mengantarkan tegangan residual menuju ground.
Untuk  mencegah  meledakanya surge arrester kembali dapat dilakukan beberapa cara berikut sebagai bentuk antisipasi:
1. Melakukan uji partial discharge surge arrester secara  keseluruhan.  Hal  ini dapat  dilakukan  untuk  mengetahui besarnya  nilai partial  discharge dari setiap surge  arrester setelah  produksi. Jika  partial  discharge  sudah  melebihi standarnya  yakni  10  pC  maka  tidak layak  untuk  dilakukan  pengujian residual voltage .
2. Penggulungan dischare  tube  arrester dilakukan  dengan  teliti  agar  tidak terbentuk rongga antar insulator paper dengan varistor.
3. Mempersiapkan Impulse Current System sebelum  digunakan  serta melakukan  perawatan  rutin  utuk mencegah terjadinya error system saat pengujian.
4. Mengecek  mutu  material  secara keseluruhan  agar  terhindar  dari kecacatan material.

## KESIMPULAN
Dari pengujian residual voltage dan analisis hasil  yang  dilakukan  dapat  diperoleh kesimpulan sebagai berikut:
1. Pengujian residual voltage mengimplementasikan tegangan tinggi yang  dihasilkan  petir.  Pengujian residual  voltage sangat  penting  dalam pemilihan surge arrester .
2. Dari  kedua  hasil pengujian  surge arrester yang  meledak  dan surge arreter yang  tidak  meledak  memiliki perbedaan  pada  nilai T1, T2  dan  arus. Hasil pengujian surge arrester meledak melebihi  standar  hasil  pengujian. Dimana  selisih  antara  hasil  pengujian san  standar  pengujian  yaitu:  T1 surge arrester memiliki  selisih  sebesar
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
2,30μs  dan  T2  berselisih  3,44μs  dan pada arus terdapat selisih 2.08A.
3. Grafik gelombang yang terbentuk pada surge  arrester meledak  mengalami distorsi  signifikkan  pada  arus  dan tegangannya.
4. Faktor  lain  yang  mempengaruhi meledaknya surge  arrester pada pengujian residual  voltage ini,  yaitu nilai partial  discharge ,  kualitas  mutu material, dan kinerja alat impulse.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada pihak-pihak  terkait  yang  telah  memberi dukungan dalam penelitian hingga penyusunan laporan ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  A. Gomez-Exposito, A. J. Conejo, And C.
Canizares, Electric Energy Systems Analysis  and  Operation .  Boca  Raton: Taylor & Francis Group, LLC, 2009.
[2]  N.  A.  Sabiha,  “ Limiting  surge  arrester failure  under  direct  lightning  strokes  for attaining service continuity of distribution networks ,” IET  Generation,  Transmission and Distribution , vol. 14, no. 21, pp. 4796–
4804,  Nov.  2020,  doi:  10.1049/iet- gtd.2020.0388.
[3]  L.  Angrisani et  al. , Lightning  Science,
Engineering,  and  Economic  Implications for  Developing  Countries .  Beach  Road: Springer,  2021.  [Online].  Available: http://www.springer.com/series/7818
[4]  D.  Zhang,  F.  Kasolis,  and  M.  Clemens, “ Topology optimization for a station class surge  arrester  model ,” International
Journal of Numerical Modelling: Electronic  Networks,  Devices  and  Fields , vol.  36,  no.  3,  May  2023,  doi: 10.1002/jnm.3041.
[5]  M. Barannik and V. Kolobov, “System for Monitoring the Condition of Metal-Oxide Surge  Arresters  in  Service,”  in 2020 International Multi-Conference
on
Industrial Engineering and Modern
Technologies, FarEastCon 2020 , Institute of  Electrical  and  Electronics  Engineers Inc., Oct. 2020. doi:
10.1109/FarEastCon50210.2020.9271582.
[6]  C. A. Christodoulou, M. V. Avgerinos, L. Ekonomou,  I.  F.  Gonos,  and  I.  A.
Stathopulos, “ Measurement of the resistive leakage  current  in  surge  arresters  under artificial  rain  test  and  impulse  voltage subjection ,” IET  Science,  Measurement and Technology , vol. 3, no. 3, pp. 256–262, 2009, doi: 10.1049/iet-smt:20080123.
[7]  T.  Puspita  and  I.  Akbar  Darmawan, “ Thermal Overload Relay (TOR) Sebagai Sistem Proteksi Motor Induksi 3 Fasa Pada Mesin  Molding  Biofuel  Pelletizer  Di  PT. Sejin  Lestari  Furniture,” JTMEI) ,  vol.  2,
no. 2, pp. 168–181, 2023, doi: 10.55606/jtmei.v2i2.1773.
[8]  D.  Satya  Prawira,  T.  Wrahatnolo,  T. Rijanto, and T. Elektro, “Analisis Kinerja Lightning Arrester Akibat Sambaran Petir Sebagai  Proteksi  Transformator  Di  PT. PLN (Persero) Distribusi Lamongan,” vol. 4, no. 2, 2023,
doi:
10.24036/jtein.v4i2.454.
[9]  V. S. Brito, G. R. S. Lira, E. G. Costa, and M. J. A. Maia, “ A Wide-Range Model for Metal-Oxide Surge Arrester ,” IEEE Transactions  on  Power  Delivery ,  vol.  33, no.  1,  pp.  102–109,  Feb.  2018,  doi: 10.1109/TPWRD.2017.2704108.
[10] R. Saragih, R. Saragih, R. Nasution, and D. Prodi  Teknik  Elektro,  “Studi  Peralatan Proteksi Sambaran Petir Lightning Arrester Pada Jaringan Distribusi 20 KV,” 2020.
[11] A. Junaidi, “Analisa Surja Petir
Menggunakan  Elektromagnetik  Transien Program  Pada  Saluran  Udara  Tegangan
Tinggi,” KILAT ,  vol.  10,  no.  2,  pp.  359–
369, Oct. 2021, doi:
10.33322/kilat.v10i2.1450.
[12] PT  PLN  (Persero), Pedoman  Pemilihan Arrester Untuk Jaringan Distribusi 20 kV , Jakarta Selatan. PT PLN (Persero), 2013.
[13] V.  Vončina,  J.  Pihler,  and  M.  Milanovič, “ Extracting the resistive current component from a surge arrester’s leakage current without voltage reference ,” Sensors  (Switzerland) ,  vol.  21,  no.  4,  pp. 1–18, Feb. 2021, doi: 10.3390/s21041257.
[14] S. Bandri, R. Andari, Z. Anthony, and J. T. Elektro,  “Studi  Koordinasi  Proteksi Tegangan Lebih pada Peralatan Elektronik,” 2022.
[15] IEC,  “IEC  60099-4  2009: Metal-Oxide Surge  Arresters  Without  Gaps  for  A.C. Systems ,” 2013.
JITET (Jurnal Informatika dan Teknik Elektro Terapan) pISSN: 2303-0577   eISSN: 2830-7062
[16] Sugiono,  Metode  Penelitian  Kuantitatif, Kualitatif  dan  R&D.  Bandung:  Alfabeta,
2017.