ISSN(p): 2338-8323  | ISSN(e): 2459-9638
Pengaruh Nilai PIR dan Penggantian Elemen Resistor dengan DISP Aluminium terhadap GCB 420 KV
NURUL AMANDHA ADISTIA 1 , JONI WELMAN SIMATUPANG 2 , MAROJAHAN TAMPUBOLON 3 , FAISAL SAMSURI 4
1,2,4 Study Program of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, President University
3 Study Program of Electrical Engineering, Faculty of Engineering and Informatics, Universitas Multimedia Nusantara e-mail:joniwsmtp@president.ac.id
Received 12 Desember 2022 | Revised 30 December 2022 | Accepted 6 Januari 2023

## ABSTRAK
Penggunaan  PIR  pada  GCB  single  phase  dirancang  sesuai  klasifikasi  kelas tegangannya, maka nilai PIR didesain berdasarkan desain GCB. Studi kasus yang dilakukan di PT XYZ yaitu nilai PIR di luar batas toleransi. Tujuan studi kasus ini untuk  mengetahui  pengaruh  PIR  terhadap  GCB  dengan  nilai  PIR  yang  tidak memenuhi  kriteria,  mengetahui  elemen  resistor  diganti  DISP  dapat  dijadikan solusi alternatif yang tepat, dan mengetahui nilai PIR dapat bertambah sehingga melebihi batas toleransi. Pengaruh nilai PIR sesuai kriteria dan melebihi kriteria memiliki perbedaan nilai berdasarkan simulasi PSCAD yaitu arus puncak dengan nilai PIR 417 Ω sebesar 1.1782kA, sedangkan nilai PIR 425 Ω sebesar 1.1589kA saat switch PIR menutup (0.0801s). Penggunaan DISP dapat dijadikan alternatif untuk  mengurangi  nilai  PIR.  Nilai  PIR  yang melebihi  kriteria  dipengaruhi  faktor proses powder metallurgy, pemasangan, dan pengukuran PIR.
Kata kunci: Aplikasi PSCAD, DISP Aluminium, GCB, PIR, dan Powder Metallurgy

## ABSTRACT
The utilization of PIR in the single phase GCB designed according to its voltage classification, therfore the value of PIR is related to the GCB design. A case study observed in XYZ company focused on the out of tolerance PIR value. The main purpose of this observation is to discover the out of criteria PIR value related to the  behaviour  of  the  GCB, to find  out  if the  resistor element  could  be changed with DISP so that it is able to be an alternative solution, and also increase of the PIR value caused  out  of  tolerance  after being  set. Based on PSCAD simulation, the effect of PIR value according to and out of criteria shown the different result in its peak current between 417Ω and 425Ω, those are 1.1782kA and 1.1589kA respectively when the PIR switch is closed (0.0801s). Utilization of DISP is most- likely able to be an alternative to reduce the PIR value. The out of criteria PIR value  can  be  influenced  by  an  amount  of  factor,  such  as  powder  metallurgy process, installation, and measurement.
Kata  kunci: PSCAD  Software,  DISP  Aluminium,  GCB,  PIR,  and  Powder Metallurgy

## 1. PENDAHULUAN
Energi  listrik  sangat  vital  dalam  menunjang  berbagai  aktivitas  manusia,  baik  dalam kehidupan  sehari-hari  maupun  dalam  proses  industri.  Berbagai  sumber  energi  primer dipergunakan  untuk  dapat  membangkitkan  energi  listrik  dalam  memenuhi  kebutuhan (Adistia,  dkk,  2020) .  Seiring  berjalannya  waktu,  kebutuhan  akan  suplai  listrik  mulai merambah  ke  beberapa  sektor  seperti  otomasi  industri, internet  of  things,  sistem pembayaran layanan umum seperti gas dan air, bahkan otomotif untuk mendukung program clean energy (Aziz, dkk, 2020)(Samsuri, dkk, 2021) . Oleh karenanya, diperlukan upaya untuk  melakukan  pengembangan  dan  pemeliharaan  pembangkit  tenaga  listrik  supaya kebutuhan listrik di masa depan terpenuhi. Diantara pemeliharaan yang diupayakan, kontrol beban  melalui  sistem monitoring,  efisiensi  transmisi  dan  energi  yang  berkaitan  dengan instrumen-instrumen  yang  ada  di  lapangan  dan  juga  proteksi  sistem  adalah  penting  untuk diperhatikan (Ginting, dkk, 2018).
Energi listrik yang dibangkitkan di pusat-pusat pembangkit listrik dikirimkan ke pusat-pusat beban  dengan  menggunakan  berbagai  peralatan  tegangan  tinggi  seperti  transformator, saluran transmisi, peralatan isolasi, dan peralatan proteksi. Circuit Breaker (CB) adalah salah satu  peralatan  utama  dalam  sistem  proteksi  tenaga  listrik.  Dalam  kondisi  normal,  CB mengisolasi gangguan dan menjaga keseluruhan sistem kelistrikan dari kerusakan yang luas. Oleh karena itu, kebutuhan CB yang handal menjadi sangat penting (Janssen, dkk, 2014) .
CB  dapat  dikelompokkan  menurut  medium  pemadam  busur  api  yang  digunakan  seperti minyak  ( oil),  semburan  udara  (air  blast),  vakum,  dan  Sulfir  Hexaflouride  (SF 6 ).  Masing- masing  medium  ini  memiliki  kelebihan  dan  kekurangan  tersendiri.  Kelebihan  dari penggunaan  SF 6 sebagai  medium  pemadam  pada  CB  mencakup  kekuatan  dielektrik ( dielectric strength) yang baik. Pada tekanan absolut, kekuatan dielektriknya mencapai 2 kali lipat  kekuatan  dielektrik  udara,  dan  pada  tekanan  3atm  kekuatan  dielektriknya  sebanding dengan  minyak  isolasi.  Selain  itu,  SF 6 juga  memiliki  konduktivitas  panas  yang  baik,  tidak beracun  pada  suhu  di  bawah  1000 o C,  tidak  berbau,  tidak  mudah  terbakar,  dan  memiliki karakteristik  busur  api-tegangan  yang  rendah.  CB  berbasis  SF 6 dapat  dikelompokkan  ke dalam 3 kategori, yaitu: CB SF 6 bertekanan ganda ( double-pressure), CB SF 6 self-blast, dan CB  SF 6 puffer-type.  Saat  ini  circuit  breaker  berbasis  SF 6 adalah  CB  yang  paling  banyak dipakai untuk aplikasi pada tegangan tinggi (Choonhapran, 2007) .
Gambar 1 merupakan rangkaian ekuivalen saluran transmisi dengan reaktor shunt. Reaktor shunt biasanya digunakan untuk mengkompensasi arus reaktansi kapasitif yang diakibatkan oleh kapasitansi saluran transmisi atau kabel transmisi.
C V AC L R CB I CB I C I L

## Gambar 1. Rangkaian ekuivalen saluran transmisi dengan reaktor shunt
Kapasitansi yang besar ini terjadi pada penggunaan kabel tegangan tinggi AC seperti pada kabel bawah tanah atau kabel bawah laut (Da Silva, dkk, 2009) . Prinsip kerja dari reaktor
shunt adalah dengan membangkitkan arus reaktif induktif (I L ) dengan nilai yang sama besar atau lebih kecil dengan arus reaktif kapasitif (I C ), tetapi dengan fasa yang berlawanan. Pada saat  aktivasi  CB,  reaktor shunt  dapat  membangkitkan  komponen  arus  DC  dengan  besaran yang  lebih  besar  dibandingkan  dengan  nilai  arus  AC  selama  perioda  transiennya.  Hal  ini dapat  menyebabkan  terjadinya Zero  Missing  Phenomenon  (ZMP)  pada  tahap  energisasi sistem tenaga. Pada perioda energisasi ini kabel transmisi belum terhubung dengan beban sehingga  arus  DC  yang  timbul  tidak  teredam  dengan  cepat  dan  bertahan  dalam  waktu beberapa  detik  dan  mengakibatkan  CB  tidak  dapat  dibuka  dengan  aman  jika  terjadi gangguan pada tahap energisasi (Da Silva, dkk, 2009) .
Salah  satu  solusi  untuk  mengatasi  masalah  yang  timbul  akibat  ZMP  adalah  dengan menggunakan Pre-Insertion  Resistor  (PIR) (Gudmundsdottir  &  Holst,  2013)  (He  & Voelzke, 2016) (Da Silva, dkk, 2010) . Peranan dari PIR adalah untuk meredam arus DC yang ada pada saat peralihan posisi CB. Besaran dari PIR ini harus dapat ditentukan dalam kondisi optimal pada batasan kriteria yang telah ditentukan oleh pembuat CB yang sedang digunakan.
Penelitian  ini  merupakan  pengembangan  lebih  lanjut  dari  pemanfaatan  penggunaan  PIR untuk Gas  Circuit  Breaker  (GCB)  dengan  rating  tegangan  420kV  pada  PT  XYZ.  Tujuannya adalah untuk mengetahui pengaruh dari besaran nilai PIR yang digunakan dan penggunaan Distance  Piece  (DISP)  unutk  menyesuaikan  nilai  resistansi  PIR  yang  digunakan.  Artikel  ini mendiskusikan  mengenai  penggunaan  PIR,  studi  kasus  yang  ditinjau  dan  metoda  yang digunakan dalam penelitian. Selanjutnya hasil simulasi juga akan ditampilkan disertai analisis dan kesimpulan dari hasil yang ditemukan.

## 2 . METODOLOGI PENELITIAN

## 2.1 Gas Circuit Breaker
Gas  Circuit  Breaker  (GCB)  adalah  peralatan  yang  digunakan  untuk  memutus  dan menghubungkan peralatan tegangan tinggi pada sistem tenaga listrik. Ilustrasi sebuah GCB yang bersumber dari Crompton Greaves Ltd. Ditunjukkan pada Gambar 2.
Gas SF 6 Zat Penyerap Terminal atas Penopang Kontak Kontaktor Busur Statis Kontaktor Statis Utama Katup Kontaktor bergerak utama Slinder Puffer Kontaktor Piston Tabung penggerak Terminal bawah Kontaktor busur bergerak Keramik

## Gambar 2. Ilustrasi GCB dengan medium SF 6
GCB  memiliki  dua  grup  kontaktor,  yaitu  kontaktor  statis  dan  kontaktor  dinamis.  Kontaktor dinamis  ini  masih  terhubung  dengan  peralatan  mekanik  untuk  menggerakkan  kontaktor untuk  membuka  atau  menutup.  Dalam  ilustrasi  pada  Gambar  2,  GCB  memiliki  medium
pemadam busur api berbahan gas SF 6 . Saat kontaktor dibuka, busur api akan terbentuk dan menghubungkan  kontaktor  statis  dan  kontaktor  dinamis,  walaupun  secara  fisik  kedua kontaktor  telah  terpisah.  Agar  busur  api  padam,  silinder puffer  akan  menekan  gas  SF 6 terhadap  piston  yang  mengakibatkan  terjadinya  hembusan  SF 6 yang  cukup  kuat.  Setelah bergeser  pada  jarak  tertentu,  kekuatan  dielektrik  dari  celah  yang  terbentuk  sudah  cukup untuk memadamkan busur api secara total. Dan pada saat itulah GCB terbuka atau terputus secara total.
Pada  saat  transisi  dari short  circuit  ke  open  circuit  dari  GCB  tersebut,  timbul  tegangan berlebih  dan  lonjakan  arus  awal  ( inrush  current)  sehingga  GCB  mengalami  tekanan  listrik pada periode tersebut (Acharya & Machhar, 2015) . GCB dalam sistem tenaga diharapkan dapat beroperasi secara cepat dalam melakukan fungsinya. CB memiliki peran penting dalam perlindungan  sistem  tenaga  untuk  mengisolasi  komponen  yang  rusak  yang  dapat menimbulkan  resiko  kerusakan  sistem  tenaga  listrik  seperti  gangguan  arus  yang  tinggi, gangguan pada konduktor dan kerusakan isolasi listrik (Dehghanian & Popovic, 2015) .

## 2.2 Pre-Insertion Resistor
Pre-Insertion Resistor (PIR) dapat disusun dengan dua cara dalam hubungannya dengan CB. Pertama,  dihubungkan  secara  seri  dengan  sebuah  sakelar lalu dihubungkan  secara  parallel dengan CB atau yang kedua dihubungkan secara parallel dengan sakelar dan dihubungkan secara seri dengan CB seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 (Munji, dkk, 2017) (Niu, dkk, 2020) .
(a) (b)
Gambar 1. Rangkaian penggunaan Pre-Insertion Resistor dalam sistem tenaga dihubungkan secara (a) pararel dan (b) seri
Untuk  memahami  cara  kerja  dari  PIR,  maka  perlu  diasumsikan  bahwa  CB  dalam  keadaan tertutup/terhubung terlebih dahulu. Ketika ada gangguan ( fault/trip), maka CB perlu segera membuka dalam batasan waktu yang ditentukan. Namun CB tidak bisa dibuka dengan aman jika terjadi ZMP seperti yang telah dijelaskan sebelumnya. Untuk mengatasi ZMP maka PIR digunakan sebagai peredam agar arus dapat menyentuh nilai nol dalam periode waktu yang singkat (8 – 12ms). Selanjutnya sakelar SW seperti pada Gambar 3 harus terhubung terlebih dahulu  dalam  waktu  kurang  dari 20ms, sehingga  arus mengalir  melalui PIR  dan menyerap energi agar arus offset DC menjadi teredam. Dengan cara ini, PIR masuk ke sirkuit selama beberapa milidetik sebelum energi beban nyata. Setelah menyentuh nilai nol, maka CB dapat dibuka dengan aman. Jika CB pada awalnya dalam posisi terbuka, maka sakelar SW tertutup terlebih  dahulu,  sehingga  arus  mengalir  melalui  PIR.  Setelah  waktu  yang  ditentukan,  CB akan menutup dan arus akan mengalir melalui CB.
Nilai PIR tidak dapat ditentukan secara sembarangan. Jika nilainya terlalu kecil, maka tidak dapat meredam komponen arus DC pada sistem. Sebaliknya, jika nilainya terlalu besar, maka PIR akan terlihat seperti rangkaian terbuka, sehingga tidak memiliki efek pada keseluruhan
sistem (Da  Silva,  dkk,  2009) .  Penentuan  waktu insertion  juga  adalah  hal  yang  penting untuk dipertimbangkan agar sistem dapat berfungsi secara optimum.
Minimal  waktu  penyisipan  listrik  ( insertion  time)  dihitung  berdasarkan  konfigurasi  yang digunakan  pada  rangkaian (Munji,  dkk,  2017)(Niu,  dkk,  2020) .  Beberapa  fungsi  PIR yang dimungkinkan terjadi dalam sistem transmisi adalah sebagai berikut.
1. Overvoltage,  adalah  peningkatan  nilai  efektif  tegangan  AC  yang  lebih  besar  dari  100% dari tegangan nominal, dan biasanya disebabkan oleh switching beban-beban besar dan energisasi bank kapasitor.
2. Transien  atau  gejala  peralihan  merupakan  perubahan  nilai  tegangan  atau  arus,  dimana dapat terjadi sesaat maupun dalam waktu tertentu (dalam orde mikrodetik) dari keadaan tunak ( steady state).
Dengan kata lain, transien adalah perubahan variabel tegangan dan arus yang berlangsung saat peralihan dari kondisi stabil ke kondisi yang lain. Perubahan arus dan tegangan transien tidak  berlangsung  seketika  dan  membutuhkan  waktu  walaupun  hanya  dalam  hitungan milidetik  maupun  mikrodetik.  Penyebabnya  dapat  dari  lingkungan  ataupun  factor  internal seperti switching (Prayitno, dkk, 2015) .

## 2.3 Studi Kasus
Pada penelitian ini, kasus yang akan ditinjau adalah GCB SF 6 dengan rating tegangan 420kV dan  tegangan  nominal  400kV.  GCB  ini  termasuk  dalam  klasifikasi  tegangan  ekstra  tinggi sehingga  diperlukan  penyisipan  resistor  atau  disebut  dengan Pre-Insertion  Resistor  (PIR). Jenis  atau  tipe  elemen  resistor  yang  digunakan  yaitu  ASW12725  yang  didesain  untuk tegangan tinggi yang dibuat oleh SUNGSiL Electronics. Resistor ini termasuk dalam kelompok resistor  berbahan  dasar  keramik  yang  cocok  untuk  aplikasi  tegangan  tinggi.  Setiap  satu elemen resistor pada PIR memiliki nilai 5±0.55Ω. Dalam satu kutub GCB terdapat 80 elemen resistor. Dimana kriteria yang ditetapkan berdasarkan standar manufaktur yaitu 400±5%Ω, dengan rentang resistansi 380Ω - 420Ω.
Kasus  yang  ditemukan  di  PT  XYZ  para  projek  GCB  420kV  dengan  tipe single  phase  atau single pole adalah didapatinya salah satu pole GCB yang memiliki hasil pengukuran PIR yang melebihi kriteria yang sudah ditentukan berdasarkan nilai desain perhitungan. Agar nilai PIR memenuhi  kriteria,  maka Distance  Piece  (DISP)  digunakan.  DISP  adalah  komponen  yang berbahan dasar aluminium yang dibuat menyerupai resistor dalam segi bentuk, volume, dan ukuran. Karena bahannya terbuat dari alumninium, maka DISP memiliki konduktivitas listrik dua kali lebih besar dibandingkan dengan tembaga dengan perbandingan berat yang sama. Oleh  karena  itu  sangat  cocok  digunakan  dalam  kabel  transmisi  listrik  ataupun  penghantar listrik (Kasli et al., 2020) . DISP biasanya digunakan untuk menapis suatu jarak atau gap pada  suatu  penggabungan  bagian  antar  konduktor.  Dalam  penelitian  ini,  satu  elemen  PIR digantikan oleh satu DISP.
Oleh karena itu, penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut.
1. Mengetahui  pengaruh  dari  PIR  terhadap  GCB  jika  memiliki  nilai  desain  di  luar  kriteria (terlalu besar atau terlalu kecil)
2. Mengetahui  efektivitas  dan  resiko  penggunaan  DISP  berbahan  aluminium  yang  dapat menggantikan susunan elemen resistor pada PIR.
3. Menganalisa  faktor-faktor  yang  berpotensi  menyebabkan  nilai  elemen  resistor  dapat berubah menjadi lebih besar dari batas toleransi yang sudah ditentukan.

## 2.4 Simulasi dan Wawancara
Untuk  menjawab  tujuan  di  atas,  maka  dilakukan  simulasi  dengan  menggunakan Power Systems  Computer  Aided  Design  (PSCAD).  PSCAD  digunakan  oleh  banyak  kalangan  yang mempelajari utilitas sistem tenaga seperti peneliti, produsen, dan konsultan. Perangkat lunak ini dapat digunakan dalam perencanaan, pengembangan konsep-konsep baru, pengujian ide, untuk  memahami  apa  yang  terjadi  ketika  peralatan  mengalami  kegagalan,  juga  digunakan untuk  komisioning,  penyusunan  spesifikasi  dalam  dokumen  tender,  serta  pengajaran  dan penelitian.
Metode  simulasi  yang  digunakan  untuk  membuktikan  bagaimana  pengaruh  nilai  PIR  yang tidak  sesuai  dengan  nilai  desain  yang  sudah  ditentukan  dan  pengaruh  penggunaan  DISP berbahan  aluminium  untuk  menggantikan  satu  elemen  resistor.  Simulasi  ini  dilakukan dengan  membuat  skematik  atau  pemodelan  dengan  PSCAD,  kemudian  menganalisa  hasil yang  diperoleh  dari parameter-parameter  yang  digunakan terlebih  dahulu. Parameter  yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan data yang diperoleh dari referensi (Da Silva, dkk, 2009) .
Nilai yang diperoleh didasarkan pada asumsi kabel yang digunakan adalah sepanjang 50km dengan rating  400kV  single  core.  Kabel  ini  memiliki  kapasitansi  ekuivalen  C/2  =  3.929μF, induktansi ekuivalen L = 25.7mH, dan resistansi total ekuivalen R = 15.05Ω.
Sementara itu,  untuk  reaktor shunt dimodelkan dengan  elemen  induktor  dan resistor. Nilai induktansi  yang  digunakan  adalah  2H.  Dengan  menggunakan  referensi  yang  sama,  nilai resistansi ekuivalennya adalah 0.2328Ω per 1H, maka nilai resistansi ekuivalen untuk reaktor yang  digunakan  adalah  0.4656Ω,  dalam  hal  ini  hubungan  antara  resistansi  dan  induktansi dianggap sebagai hubungan linear.
Kabel  transmisi  yang  digunakan  dimodelkan  dengan  menggunakan  rangkaian  ekuivalen model  “pi”.  Reaktor shunt  dihubungkan  secara  parallel  dengan  model  transmisi  “pi”, sementara  CB  dihubungkan secara parallel  dengan PIR bernilai 400Ω.  Rangkaian  ekuivalen dari sistem tenaga ini ditunjukkan pada Gambar 4.

## Gambar 2. Model sistem tenaga dengan reaktor shunt dan transmisi model “pi”
Parameter  yang  ditinjau  di  dalam  simulasi  ini  adalah  arus  yang  mengalir  melalui  reaktor shunt arus yang mengalir melalui CB dan arus yang mengalir melalui PIR. Tegangan pada CB
dan  PIR  juga  akan  ditinjau  dalam  simulasi  ini.  Untuk  arus  yang  mengalir  melalui  CB  akan ditinjau dalam dua kondisi yaitu sebagai berikut.
1. Komponen DC dalam kondisi maksimum dengan menggunakan atau tanpa menggunakan PIR
2. Tegangan  dalam  kondisi  switching overvoltage  dengan  menggunakan  atau  tanpa menggunakan PIR
Variabel yang digunakan dalam simulasi untuk menjawab dan menjelaskan rumusan masalah adalah  dengan  membuat  beberapa  simulasi  dengan  kondisi  komponen  DC  maksimum  dan maksimum switching overvoltage, diantaranya sebagai berikut.
1. Menggunakan nilai PIR yang berbeda-beda (terlalu kecil dan terlalu besar) yaitu dengan menggunakan batas toleransi ±5%, ±10%, ±20%, ±50%, dan ±75%.
2. Simulasi untuk kondisi tanpa PIR, PIR on criteria, dan nilai PIR out of criteria.
3. Simulasi  dengan  waktu  pengaturan  PIR    atau Pre-Insertion  Time  (PIT)  yang  berbeda- beda. Simulai akan dilakukan dengan interval switch PIR dan kontak utama CB 5ms, 8ms, 10ms,  12ms,  15ms,  dan  20ms  dengan  menggunakan  PIR  yang  sesuai  kriteria  dan  juga tanpa PIR.
4. Simulasi  untuk  keadaan  satu  elemen  PIR  yang  sudah  diganti  dengan  DISP  aluminium. Dalam hal ini nilai total PIR tanpa pergantian elemen disesuaikan dengan pengukuran PIR yang telah diganti DISP aluminium.
Pada  praktiknya,  perbedaan  perilaku  rangkaian  RLC  sederhana  berbeda  degan  sistem kabel/reaktor  yang  digunakan  di  lapangan.  Sebagai  contoh,  dalam  fenomena  ZMP,  nilai tegangan lebih switching bergantung pada nilai tegangan pada saat menghubungkan sistem kabel/reaktor. Untuk menghindari  fenomena nol  hilang  (ZMP),  sambungan  harus  dilakukan saat  tegangan  berada  pada  puncaknya,  sedangkan  untuk  menghindari  tegangan  lebih switching, sambungan harus dibuat ketika tegangan nol (Da Silva, dkk, 2009) .
Oleh karena itu pada penelitian ini, dilakukan simulasi dalam dua kondisi yang berbeda. Yaitu pada saat komponen DC maksimum dimana penyambungan dilakukan saat tegangan berada pada  nilai  nol  dan  pada  saat  maksimum switching  overvoltage  dimana  penyambungan dilakukan pada saat nilai tegangan dalam kondisi maksimum. Parameter yang digunakan di dalam simulasi dengan menggunakan aplikasi PSCAD ditunjukkan pada Tabel 1.
Tabel 1. Komponen dan nilai parameter yang digunakan dalam simulasi
Dalam mengatur waktu switch PIR digunakan 0.08s dan kontak CB 0.09s. Pengaturan waktu tersebut  disesuaikan  dengan  waktu  rata-rata  CB  closing  operation  berdasarkan  masalah
No. Nama komponen
Nilai parameter 1. Sumber tegangan satu fasa 400kV (nominal tegangan) 2 Time logic kontak CB (BRK) 0.09s  (90ms) 3 Time logic sakelar PIR (SW)
0.08s  (80 ms) 4 Reaktor shunt L = 2H, R = 0.4656Ω 5 Pemodelan Kabel 50km R = 15.05 Ω, L = 25.7mH, C/2 = 3.929 µF
pada  studi  kasus.  Interval  waktu  yang  digunakan  yaitu  10ms,  dimana  kriteria  yang diterapkan berdasarkan standar manufaktur yaitu 8ms - 10ms.
Selain  menggunakan  simulasi,  wawancara  dengan  pihak  PT  XYZ  berkaitan  dengan objektivitas dari studi kasus ini juga dilakukan, terutama dalam menganalisa mengenai DISP berbahan  aluminium  yang  dapat  menggantikan  elemen  resistor  untuk  mengurangi  nilai tahanan  pada  PIR  yang  melebihi  kriteria.  Begitu  pun  dengan  hal  yang  memengaruhi perubahan  nilai  PIR  yang  dapat  melebihi  batas  toleransi  yang  telah  ditentukan.  Selain mengacu pada data dan hasil pengukuran aktual di PT HPSI, juga dilakukan studi literatur dari jurnal, buku, website yang relevan dan standar internasional yang digunakan yaitu IEC.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1 Hasil Simulasi Arus yang Melalui CB
Simulasi ini dilakukan untuk mengetahui kondisi arus yang melalui reaktor shunt dengan nilai PIR yang berbeda-beda yaitu tanpa menggunakan PIR, sesuai dengan kriteria, terlalu kecil ( too small) dan terlalu besar (too big) dengan waktu switch PIR 0,08 s dan kontak CB 0,09 s.
Gambar  3    menunjukkan  hasil  simulasi  nilai  PIR  dengan  toleransi  5%  dan  75%.  Masing- masing  grafik  menunjukkan  nilai  arus  dalam  satuan  kA  pada  sumbu  y  dan  waktu  pada sumbu x.
Gambar 3. Hasil simulasi arus yang mengalir melalui reaktor shunt dengan (a) toleransi PIR ± 5% dan (b) toleransi PIR ± 75%
Dari  hasil  tersebut  diperoleh  bahwa  jika  PIR  tidak  digunakan,  arus  puncaknya  akan  lebih besar  dibandingkan  dengan  jika  menggunakan  PIR.  Nilai  puncak  dari  kondisi  tanpa  PIR adalah  1.7963kA saat 0.09s dibandingkan dengan sekitar 1kA jika menggunakan PIR. Selain dari  nilai  arus  puncak  yang  tinggi,  arus  pada  simulasi  tanpa  PIR  juga  menunjukkan terjadinya ZMP di mana arus tidak melewati nilai nol, sementara jika menggunakan PIR ZMP tidak terjadi.
Jika  menggunakan  nilai  PIR  dengan  nilai  toleransi  yang  lebih  tinggi,  yaitu  ±75%  di  mana nilai PIR minimum menjadi 100Ω dan nilai PIR maksimum menjadi 700 Ω, juga menunjukkan perbedaan nilai arus yang signifikan. Nilai minimum dari PIR ini disebut sebagai kondisi PIR too small, dan sebaliknya nilai maksimum dari PIR dianggap sebagai kondisi PIR too large. Saat nilai PIR minimum digunakan, nilai arus terlihat mendekati nilai tanpa PIR dengan nilai puncak 1,52kA pada saat 0.09s. Sementara saat nilai PIR maksimum digunakan nilai puncak arus hanya berada di sekitar 0.75kA. Dari grafik ini dapat disimpulkan bahwa nilai arus akan semakin kecil ketika nilai PIR semakin naik. Dengan asumsi trend yang sama, maka jika nilai PIR terus dinaikkan akan berpotensi juga untuk menyebabkan terjadinya ZMP.
Arus (kA) Arus (kA)
3.2 Simulasi Kondisi Maksimum Switching Overvoltage dan Komponen DC
Kondisi maksimum switching overvoltage yaitu dilakukan pada saat tegangan berada di titik puncak  atau  maksimum.  Simulasi  yang  dilakukan  menggunakan  waktu  rata-rata  hasil pengoperasian  GCB yaitu waktu switch PIR  pada  0.08s  dan  kontak  CB 0.09s.  Dengan  nilai PIR sesuai kriteria yaitu 400 Ω, sedangkan yang lebih dari kriteria ( out of criteria) yaitu 425Ω sesuai dengan hasil aktual pengukuran PIR pada GCB, dan untuk tanpa menggunakan PIR yaitu diberikan nilai R = 0 Ω.
Dari  hasil  simulasi  pada  Gambar  4  diperoleh  hasil  bahwa  nilai  arus  tanpa  PIR  dan menggunakan PIR memiliki perbedaan yang signifikan dengan arus puncak yang melalui CB pada waktu 0.0805s yaitu sebesar 5.649 kA jika PIR tidak digunakan.

## Gambar 4. Hasil simulasi dengan PIR sesuai kriteria, tanpa PIR, dan PIR lebih dari kriteria pada simulasi arus (kiri) simulasi tegangan (kanan)
Dari  hasil  simulasi  kondisi  komponen  DC  maksimum,  diperoleh  hasil  bahwa  dalam  kondisi tersebut  dan  tanpa  menggunakan  PIR,  arus  puncak  mengalami  lonjakan  lebih  tinggi  saat diawal  pengoperasian  pada  0.0859s  yaitu  sebesar  1.8997kA.  Hasil  arus  puncak  dengan menggunakan  PIR  400Ω  ( on  criteria)  sebesar  0.3614kA  dan  dengan  PIR  425Ω  (out  of criteria) yaitu sebesar 0.3434 kA.
Terlihat bahwa nilai arus puncak dengan menggunakan PIR yang on criteria arus lebih besar dibandingkan  dengan  arus  puncak  dengan  PIR out  of  criteria  hal  ini  sesuai  dengan  fungsi resistor untuk menghambat arus, akan tetapi jika nilai PIR melebih kriteria terlalu jauh dapat terjadi  hal  lain  seperti zero  missing  phenomenon  karena  arus  semakin  ke  arah  sumbu negatif. Selain itu, beberapa hal terjadi saat simulasi tanpa PIR diantaranya terjadi transien arus selama 12ms, dan arus memiliki beban sebesar 0.528kA mulai saat 0.10s dimana dalam sistem tersebut belum dihubungkan ke beban sesungguhnya seperti trafo untuk konsumen. Begitupun  hasil  tegangan  puncak  pada  simulasi  sistem  tersebut  sebesar  575.88kV  lebih tinggi  jika  dibandingkan  dengan  tegangan  rata-rata  setelah  kontak  CB  menutup  dan  tidak ada ramp up tegangan.
Sedangkan  hasil  tegangan  dengan  menggunakan  PIR  400Ω  dan  425Ω,  tegangan  terjadi ramp up yaitu tegangan tidak langsung melonjak naik seperti tanpa menggunakan PIR. Hal lain yang terjadi pada penggunaan PIR 400Ω dan 425Ω, masih terjadi transien arus selama 10ms  saat  kontak  CB  menutup  atau short  circuit.  Hasil  simulasi  arus  dan  tegangan  pada kondisi maksimum komponen DC dapat dilihat pada Gambar 5.
Arus (kA) Tegang an (x100k V)
Gambar 5. Hasil simulasi arus dan tegangan dengan PIR sesuai kriteria (biru), tanpa PIR (hijau), dan PIR lebih dari kriteria (merah)

## 3.3 Simulasi Berdasarkan Perbedaan Pre-Insertion Time (PIT)
Pada  simulasi  ini  dilakukan  pengaturan  waktu  yang  berbeda-beda  untuk  kontak  CB, sementara untuk sakelar PIR dilakukan pada waktu 0.08s. Adapun pengaturan waktu untuk kontak  CB  adalah  5,  8,  10,  12,  15,  dan  20ms.  Hal  ini  bertujuan  untuk  dapat  mengetahui apakah dengan interval waktu PIR terhadap kontak CB ( pre-insertion time) yang tidak sesuai dengan  standar manufacturing  yaitu  8ms  -  12  ms,  dapat  memengaruhi  hasil  simulasi, dimana  parameter  dan  nilai  PIR  yang  digunakan  sama  dari  kondisi  simulasi  sebelumnya. Disini simulasi dilakukan untuk nilai PIR 400Ω dan tanpa menggunakan PIR (R = 0Ω).
Dari  hasil  simulasi  diperoleh  hasil  bahwa  tanpa  menggunakan  PIR,  semua  hasil  simulasi sama,  tergantung  pada  titik  ukur  sampling  arus  maupun  tegangan.  Sebagai  contoh,  pada kondisi  PIT  5ms,  arus  puncak  sebesar  1.8477kA  pada  waktu  0.0808s  dan  hasil  tegangan yaitu  568.76kV  dengan  karakteristik  tegangan  tidak  terjadi ramp  up.  Sedangkan  hasil simulasi dengan menggunakan PIR diperoleh hasil yang berbeda-beda di setiap pengaturan waktu yang digunakan, yaitu sebagai berikut.
1. Dengan  PIT  5ms,  hasil  simulasi  arus  puncak  saat  diawal  switch  PIR  tidak  ada  lonjakan akan  tetapi  saat  kontak  CB  menutup  yaitu  0.0853s,  arus  puncak  melonjak  sampai 3.022kA,  nilai  ini  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan  tanpa  menggunakan  PIR.  Selain  itu terjadi  transien  arus  selama  15ms.  Begitu  pun  hasil  tegangan  puncak  saat  0.0857s dengan menggunakan PIR, terjadi overvoltage dimana tegangan mencapai 713.25kV.
2. Dengan PIT 8ms, terjadi transien arus selama 12ms serta saat kontak CB menutup yaitu pada  waktu  0.0891s,  arus  puncak  berada  pada  sumbu  negatif  yaitu  sebesar  -0.982kA. Hasil tegangan dengan PIR 400Ω terjadi ramp up, jadi tegangan tidak langsung melonjak dan pada saat kontak CB sedikit terjadi transien (tidak gelombang normal).
3. Dengan PIT 10ms, hasil simulasi arus dapat dikatakan ideal daripada di kondisi 8ms - 12 ms  lainnya.  Transien  dapat  diredam  selama  10  ms,  begitu  pun  hasil  tegangan  terjadi ramp up daripada tanpa menggunakan PIR.
4. Dengan PIT 12ms, hasil arus puncak saat kontak CB menutup yaitu 0.092s memiliki nilai puncak bawah paling tinggi dibanding PIT sesuai standar manufaktur yaitu 8ms - 12 ms. Hasil tegangan juga terjadi transien selama 4ms yaitu 0.092s - 0.096s.
Arus (kA) Teg ang an (kV)
5. Dengan  PIT  15ms,  hasil  simulasi  arus yaitu 0.095s  - 0.14s  terjadi  transien selama  9ms. Hasil  tegangan dapat  dilihat  sedikit  terjadi  pergeseran  fasa dalam waktu 10ms  (0.09s – 0.1s) dari hasil tanpa menggunakan PIR.
6. Dengan  PIT  20ms,  hasil  simulasi  arus  puncak  saat  kontak  CB  menutup  yaitu  0.1006s terjadi lonjakan arus yang lebih tinggi daripada tanpa menggunakan PIR, transien terjadi dalam  waktu  14ms.  Hasil  simulasi  tegangan  puncak  dapat  dilihat  sedikit  terjadi pergeseran fasa dari hasil tanpa menggunakan PIR, serta pada detik 0.10s - 0.15s terjadi sedikit transien selama 5 ms. Gambar 6 menunjukkan sampel hasil simulasi dengan waktu PIT yang berbeda yaitu sesuai standar dan di luar standar manufaktur.
Gambar 6. Hasil simulasi dengan interval waktu (PIT) 10 ms (kiri) dan 5 ms (kanan)

## 3.4 Analisis  Elemen  Resistor  diganti  DISP  Aluminium  pada  PIR  sebagai  Solusi Alternatif
Dalam  simulasi  pada  bagian  ini  hanya  dilakukan  pada  kondisi  maksimum  switching overvoltage  untuk  membuktikan  bahwa  perbedaan  nilai  1Ω  PIR  yang  dimasukkan  dalam simulasi  hasilnya  akan  berubah,  sama  halnya  jika  dilakukan  pada  kondisi  maksimum komponen  DC.  Simulasi  ini  tidak  mewakili  bahan  material  seperti  satu  elemen  DISP aluminium  yang  dipasang  pada  blok PIR  hanya berdasarkan  nilai  pengukuran.  Pengukuran dilakukan  setelah  satu  elemen  resistor  pada  blok  PIR  diganti  dengan  satu  elemen  DISP berbahan aluminium, sebagai langkah yang dilakukan untuk mengurangi nilai resistor pada PIR  agar  diperoleh  hasil  PIR  sesuai  dengan  kriteria.  Jadi  DISP  aluminium  tersebut,  dalam simulasi mengganti nilai resistor pada model dari 425Ω ( out of criteria) menjadi 417Ω sesuai dengan  hasil  pengukuran  yang  telah  dilakukan  secara  langsung  pada  PIR  yang  sudah dipasang kembali (setelah diganti dengan DISP tersebut). Dalam simulasi ini menggunakan model  dan  parameter  komponen  yang  sama  dengan  simulasi  sebelumnya,  yang membedakan pada nilai PIR yang digunakan.
Dari simulasi seperti Gambar 7, diperoleh hasil jika nilai PIR sesuai dengan kriteria dan nilai PIR  di  luar  batas  toleransi  terlihat  tidak  jauh  berbeda  dari  hasil  simulasi  arus  maupun tegangan,  akan  tetapi  hasilnya  ada  perbedaan  semisal  pada  waktu  0.0801s  diperoleh  arus puncak  sebesar  1.1782kA  dengan  PIR  417Ω,  sedangkan  untuk  PIR  425Ω  diperoleh  arus sebesar  1.1589kA.  Begitupun  dengan  hasil  simulasi  tegangan  puncak  pada  waktu  0.0824s diperoleh hasil 261.41kV dengan nilai PIR 417Ω, sedangkan untuk nilai PIR 425Ω, diperoleh hasil  sebesar  258.16kV.  Saat  kontak  CB  terhubung,  yaitu  pada  waktu  0.09027s  terjadi penghambatan arus selama 10ms dengan hasil maksimum arus yaitu -1.5233kA (417Ω) dan -1,5575  kA  (425  Ω).  Hasil  tegangan  pada  saat  kontak  CB  menutup  yaitu  pada  saat  waktu 0.09117s  terjadi overvoltage  yaitu  -611.05kV  (417Ω)  dan  -612.86kV  (425Ω)  serta  terjadi transien tegangan selama 5ms.
Arus (kA) Arus (kA) Teg ang an (kV) Teg ang an (kV)
Gambar 7. (a) Hasil simulasi kondisi maksimum switching overvoltage dengan PIR hasil pengukuran setelah diganti DISP aluminium (R = 417Ω) dan PIR out of criteria (R = 425Ω), (b) perbesaran hasil simulasi (a)

## 3.5 Perubahan Nilai Elemen Resistor yang Dapat Melebihi Batas Toleransi
Berdasarkan hasil wawancara, nilai PIR dapat berubah menjadi lebih besar dari nilai toleransi yang  sudah  ditentukan  yaitu  dapat  dilihat  dari  segi  pembuatan  elemen  resistor  dengan proses powder metallurgy, dimana proses ini membuat permukaan elemen resistor berpori. Sesuai  keadaan  yang  telah  terjadi  jika  dalam  penyimpanan  elemen  resistor  tersebut  tidak memerhatikan  kondisi  lingkungan  terutama  kelembaban  dapat  memengaruhi  pertambahan nilai elemen resistor sehingga dapat berpengaruh terhadap nilai PIR setelah di pasang pada GCB.  Beberapa  faktor  lainnya  yang  terjadi  dalam  pengukuran  resistansi  di  mana  elemen tersebut dihubungkan dalam satu blok PIR dapat dimungkinkan dari segi pemasangan atau proses assembly PIR tersebut serta akibat panas yang dihasilkan akibat beroperasinya GCB secara terus menerus.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan  data  referensi  dan  hasil  simulasi  secara  umum,  diketahui  bahwa  penggunaan PIR pada GCB 420kV sangat efisien untuk mengurangi lonjakan arus maupun tegangan saat pengoperasian kontak PIR maupun kontak CB tertutup. Maka berdasarkan hasil analisa yang telah  dilakukan,  dapat  disimpulkan  bahwa  penggunaan  nilai  PIR  yang  berbeda-beda terhadap  arus  yang  masuk  ke  GCB  dapat  dilihat  dengan  jelas  perbedaannya,  yaitu  tanpa menggunakan  PIR  sebesar  1.7963kA,  sedangkan  dengan  PIR  sesuai  kriteria  dengan  400Ω adalah  sebesar  0.9845kA.  Berdasarkan  hasil  simulasi  juga  ditemukan  bahwa  jika  tidak menggunakan  PIR,  transien  arus  maupun  tegangan  berlangsung  dalam  waktu  yang  lebih lama jika dibandingkan dengan hasil dengan menggunakan PIR, misalnya pada hasil simulasi kondisi  maksimum switching  overvoltage  tanpa  menggunakan  PIR  terjadi  transien  arus selama  20ms,  sementara  dengan  PIR  hanya  selama  10ms.  Pada  kondisi  maksimum komponen  DC  tanpa  menggunakan  PIR,  terjadi zero  missing  phenomenon  (ZMP)  dan memiliki beban arus. Hasil simulasi dengan pre-insertion time (PIT) yang tidak sesuai dengan standar  manufaktur  yaitu  8ms  -  12ms  memiliki  pengaruh  hasil  simulasi  terhadap  arus maupun  tegangan.  Hasil  penggunaan  PIR  sesuai  dengan  data  studi  kasus  tidak  terlalu signifikan, akan  tetapi  ada  perbedaan  nilai yang dihasilkan  yaitu  hasil  arus  puncak dengan PIR  417Ω  sebesar  1.1782kA,  sedangkan  dengan  PIR  425Ω  sebesar  1.1589kA  pada  waktu 0.081 s.
Dari simulasi yang dilakukan juga diperoleh kesimpulan bahwa penggunaan DISP berbahan aluminium dapat dijadikan solusi alternatif untuk menggantikan elemen resistor jika nilai PIR melebihi  kriteria.  Perubahan  nilai  resistor  yang  melebihi  batas  toleransi  dari  yang  sudah ditentukan dapat terjadi dikarenakan faktor dari elemen tersebut  seperti proses metalurgi, proses  pemasangan  atau assembly  PIR  dan  pengukuran  setelah  dilakukan  pengoperasian secara terus menerus.

## DAFTAR RUJUKAN
Acharya,  M.  B.  M.,  &  Machhar,  V.  G.  (  2015).  A  Review  On  Pre  Insertion  Resistor  Switch Mechanism. Journal, Int. Eng. O F On, A Rev. Detect. Obs., 4(1), 1–11.
Choonhapran, P. (2007). Applications of High Voltage Circuit-Breakers and Development of
Aging Models. (Dr.-Ing), Technischen Universität Darmstadt, Darmstadt.
Dehghanian,  P.,  &  Popovic,  T.  (2015). Assessing  the  Impact  of  Power  System  Topology
Control  on  Circuit  Breaker  Reliability  and  Electric  Safety.  Paper  presented  at  the
Electrical Safety Workshop, Kentucky, USA.
Greaves.Ltd, C. SF 6 -Gas Circuit Breakers. Retrieved from:
https://5.imimg.com/data5/TV/QW/MY-1842773/gas-circuit-breaker.pdf
Gudmundsdottir, U. S., & Holst, P. B. (2013). Solving Zero-Miss with Cable Energisation at Voltage Peak, Based on Insulationcoordination Study Results. Paper presented at the International  Conference  on  Power  Systems  Transients  (IPST2013),  Vancouver,
Canada.
He, L., & Voelzke, R. (2016). Effects of pre-insertion resistor on energization of compensated lines. Paper presented at the 2016 IEEE Power and Energy Society General Meeting (PESGM), Boston, USA.
Janssen,  A.,  Makareinis,  D.,  &  Carl-Ejnar.  (2014).  International  Surveys  on  Circuit-Breaker
Reliability Data for Substation and System Studies. IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, 29(2), 808-814. doi:10.1109/TPWRD.2013.2274750
Kasli,  E.,  Dewi,  V.  R.,  &  H.  Mazlina.  (2020).  Analisis  Nilai  Hambatan  Jenis  Aluminium Berdasarkan  Panjang  Kawat  Yang  Berbeda. J.  Pendidik.  Fis.  dan  Teknol.,  6(1). doi:10.29303/jpft.v6i1.1455.
Munji,  K.,  Horne,  J.,  &  Ribecca,  J.  (2017).  Design  and  Validation  of  Pre-Insertion  Resistor Rating for Mitigation of Zero Missing Phenomenon. Paper presented at the Int. Conf. Power Syst. Transients, Seoul, Republic of Korea
Niu,  B.,  Xu,  Y.,  Ma,  F.,  Zhou,  X.,  Chen,  L.,  &  Wei,  Y.  (2020).  Reliability  Analysis  of  Pre- insertion  Resistors  for  EHV/UHV  SF6  Circuit  Breakers. Paper  presented at  the  2020 IEEE International Conference on High Voltage Engineering and Application (ICHVE),
Beijing, China.
Prayitno,  A.  A.,  Suhendar,  S.,  &  Herudin,  H.  (2015).  Analisis  Arus  dan  Tegangan  Transien Akibat  Pelepasan  Beban  pada  Sis  Primer  Transformer  Unit  5,  Unit  6,  dan  Unit  7 Suralaya. SETRUM, 2(1), 30-41.
Silva,  F.  F.  d.,  Bak,  C.  L.,  Gudmundsdottir, U.  S.,  Wiechowski,  W.,  &  Knardrupgard, M.  R.
(2010). Methods to Minimize Zero-Missing Phenomenon. IEEE Transactions on Power Delivery, 25(4), 2923-2930. doi:0.1109/TPWRD.2010.2045010
Silva, F. F. D., Bak,  C. L., Gudmundsdóttir,  U. S.,  Wiechowski, W.,  & Knardrupgård, M.  R.
(2009).  Use  of  a  pre-insertion  resistor  to  minimize  zero-missing  phenomenon  and switching  overvoltages. Paper  presented  at  the  2009  IEEE  Power  Energy  Soc.  Gen.
Meet. PES ’09, Calgary, AB, Canada.
Aziz,  Mochammad.,  Marcellino,  Y.,  Rizky,  I.  A.,  Ikhwanuddin,  S.  A.,  &  Simatupang,  J.  W.
(2020). Studi Analisis Perkembangan Teknologi Dan Dukungan Pemerintah Indonesia
Terkait Mobil Listrik . TESLA Universitas Tarumanegara, 22(1), 45 – 46.
Adistia, N. A., Nurdiansyah, R. A., Fariko, J., Vincent, & Simatupang, J. W. (2020). Potensi Energi Panas Bumi, Angin, Dan Biomassa Menjadi Energi Listrik di Indonesia. TESLA Universitas Tarumanegara, 22(2), 105 – 106.
Ginting, S., Simatupang, J. W., Bukhori, I., & Kaburuan, R. E. (2018). Monitoring of Electrical Output  Power-Based  Internet  of  Things  for  Micro-Hydro  Power  Plant. International Conference on Orange Technologies. doi:10.1109/ICOT.2018.8705786
Samsuri,  F.,  Simatupang,  J.  W.,  Putra,  R.  R.,  &  Wahid,  A.  (2021).  Preferensi  Masyarakat
Terhadap  Sistem  Prabayar  dan  Pascabayar  untuk  Jaringan  Gas  Rumah  Tangga  di Wilayah Cikarang. Serambi Engineering, 6(2), 1932 – 1933.