## PROFIL SURJA HUBUNG KARENA PROSES ENERGIZED PADA SALURAN TRANSMISI 500 KV

## Yuniarto
Program Studi Diploma III Teknik Elektro, Fakultas Teknik UNDIP Semarang

## ABSTRACT
Transient over voltage that happened because switching surge have to be paid attention to don't cause  the  damage  equipments  of  insulation  coordination  system.  This  research  aim  to  perceive  the transient over voltage at the end of 500 kv transmission line caused  energized process  by using EMTP (Electromagnetic  Transients  Program)  as  toll  to  simulate  the  energized  process.  Data  for  this  research was taken from 500 kv transmission line Ungaran-Pedan. From this research was expected can become a reference for power company in planning insulation coordination at transmission line.
Result of research show that transient over voltage at the end of 500 kv transmission line caused energized process reach more or less twice its nominal voltage
Keywords : energized, karateristik, transient over voltage, EMTP

## 1. PENDAHULUAN
Dewasa  ini  peningkatan  peningkatan level  tegangan  saluran  transmisi  telah mencapai  tegangan  ekstra  tinggi  yaitu  500 kV.
Pemilihan  level  tegangan  transmisi 500 kV didasarkan pada pertimbangan bahwa transmisi  500  kV  memiliki  kemampuan menyalurkan  daya  listrik  kira-kira  11  kali kapasitas  transmisi  150  kV,  untuk  jenis penghantar  yang  sama  dan  jaringan  yang digunakan  lebih  sedikit  serta  mempunyai kemampuan  menyalurkan  daya  listrik  yang lebih jauh.
Pemakaian tegangan saluran transmisi  yang  tinggi,  mengakibatkan tegangan lebih transien yang dialami oleh saluran transmisi
tersebut  akan  semakin  tinggi  juga. Tegangan  lebih  tersebut  bisa  merusak peralatan isolasi jika magnitude tegangannya melebihi BIL ( Basic Insulation  Level )  peralatan  isolasi  yang dipakai.    Tegangan  lebih  transien  adalah tegangan  yang  mempuyai  amplitudo sangat  besar  dan  berlangsung  sangat singkat yang disebabkan karena sambaran petir atau karena operasi pensaklaran.
Tegangan lebih transient yang disebabkan  karena  sambaran  petir  disebut surja  petir  sedang  tegangan  lebih  transient yang  disebabkan  oleh  operasi  pensaklaran disebut  surja  hubung.    Surja  hubung  salah satunya  disebabkan  oleh  proses  pemberian tenaga    ( energized ),  yaitu  proses  mengaliri sebuah  saluran  transmisi  dalam  keadaan tanpa  beban  dengan  sumber  tegangan, melalui operasi penutupan saklar.
Kenaikan tegangan yang terjadi karena  surja  hubung  harus  diperhatikan jangan  sampai  menyebabkan  kerusakan koordinasi isolasi peralatan pada sistem.
Penelitian  yang  dilakukan  penulis  ini bertujuan  untuk  mengetahui  profil  dan karakteristik  tegangan  lebih  transien  yang terjadi  karena  proses  e nergized, dengan memakai program simulasi EMTP
(Electromagnetic Transients Program). Untuk  obyek  penelitian  ini  diambil  data  dari saluran transmisi  500 kV Ungaran-Pedan.
Hasil  penelitian  diharapkan  bisa  menjadi bahan  masukan  bagi  perusahaan-perusahaan kelistrikan  dalam  menentukan  koordinasi isolasi saluran transmisi.

## A.  Analisis Transien : Gelombang Berjalan
Gejala  tegangan  lebih  transien  pada saluran  transmisi  dapat  diselesaikan dengan  membuat  rangkaian  ekivalen  satu fase,  sehingga  tiga  fase  saluran  transmisi diasumsikan  sebagai  satu  fasa  tunggal. Studi  tentang  surja  hubung  pada  saluran transmisi adalah sangat kompleks, sehingga  pada  penelitian  ini  hanya mempelajari  kasus  suatu  saluran  yang tanpa rugi-rugi.  Suatu saluran tanpa rugi- rugi  adalah  representasi  yang  baik  dari saluran-saluran  frekuensi  tinggi  di  mana ωL  dan  ωC  menjadi  sangat  besar dibandingkan dengan R dan G. Pendekatan  yang  dipilih  untuk  persoalan ini  sama  seperti  yang  telah  digunakan untuk  menurunkan  hubungan-hubungan tegangan  dan  arus  dalam  keadaan  steady state  untuk  yang  saluran  panjang  dengan konstanta-konstanta yang tersebar merata.
Tegangan  V  dan  I  adalah  fungsi- fungsi  x  dan  t  bersama-sama,  sehingga kita perlu menggunakan turunan sebagian.    Persamaan  jatuh  tegangan  seri di sepanjang elemen saluran adalah
x t i L Ri x x V               (1)
demikian pula halnya :
x t V C Gv x x V               (2)
Persamaan  dan  tersebut  di  atas  dapat  dibagi dengan  Δx,  dan  karena  hanya  membahas suatu  saluran  tanpa  rugi-rugi,  maka  R  dan  G akan sama dengan nol sehingga didapatkan :
t i L x V      (3)
dan t V C x i      (4)
Sekarang variabel i dapat dihilangkan dengan  menghitung  turunan  sebagian  kedua suku  dalam  persamaan  (3)  terhadap  x  dan turunan sebagian kedua suku dalam persamaan  (4)  terhadap  t.    Prosedur  ini menghasilkan t x i    / 2 pada kedua persamaan  yang  dihasilkan,  dan  dengan mengeliminir  turunan  sebagian  kedua  dari variabel  i  dari  kedua  persamaan  tersebut, didapatkan :
2 2 2 2 . 1 t V x V LC      (5)
Persamaan  (5)  ini  adalah  yang dinamakan  persamaan  gelombang  berjalan suatu  saluran  tanpa  rugi-rugi.    Penyelesaian persamaan  ini  adalah  fungsi  dari  (x-vt),  dan tegangannya dinyatakan dengan :
V = f 1 (x-vt) + f 2 (x+vt)                     (6)
Yang merupakan suatu
penyelesaian untuk terjadinya komponen- komponen  ke  depan  dan  ke  belakang sebuah gelombang berjalan secara bersamaan  pada  sebuah  saluran  tanpa rugi-rugi.    Variabel  v  yang  menyatakan kecepatan  gelombang  berjalan  dapat dinyatakan dengan :
LC v 1  (7)
dengan :
v  =  kecepatan  rambat  gelombang (m/s)
L = induktansi saluran (H/m) C = kapasitansi saluran (F/m)
Jika  gelombang  yang  berjalan  ke  depan, yang  disebut  juga  dengan  gelombang datang, dinyatakan  dengan :
V + = f 1 (x-vt) (8)
Maka  gelombang  arus  akan  ditimbulkan oleh  muatan-muatan  yang  bergerak  dapat dinyatakan  dengan :
i + =   vt x f LC  1 1 (9)
dari  persamaan    (8)  dan  persamaan  (9) didapatkan bahwa :
C L i V    (10)
Perbandingan  antara  V  dan  i  dinamakan impedansi  karakteristik  atau  impedansi  surja (Z C ) dari saluran tanpa rugi-rugi.
Pada saat suatu tegangan v(t) diterapkan  pada  salah  satu  ujung  saluran transmisi tanpa rugi-rugi, maka unit kapasitasi  C  pertama  dimuati  pada  tegangan v(t).  Kapasitansi  ini  kemudian  meluah kedalam  unit  kapasitansi  berikutnya  melalui induktansi  L.  proses  bermuatan-peluahan ( charge-discharge ) ini berlanjut hingga ujung saluran  dan  energi  gelombang  dialihkan  dari bentuk  elektronik  (dalam  kapasitansi)  ke bentuk  magnetik  (dalam  induktansi).  Jadi, gelombang  teganan  bergerak  maju  secara gradual ke ujung saluran dengan menimbulkan  gelombang  arus  ekivalen  juga. Propagasi  gelombang  tegangan  dan  arus  ini disebut gelombang berjalan ( travelling wave ) dan  gelombang  ini  kelihatan  seolah-olah tegangan dan arus berjalan sepanjang saluran dengan  kecepatan  yang  diberikan  oleh persamaan (7).
Saat  gelombang  yang  berjalan  pada suatu  saluran  transmisi  mencapai  titik transisi,  seperti  suatu  rangkaian  terbuka, rangkaian hubungan singkat, suatu sambungan  dengan  saluran  lain  atau  kabel, belitan  mesin,  dan  lain-lain,  maka  pada  titik itu  terjadi  perubahan  parameter  saluran.
Akibatnya  sebagaian  dari  gelombang berjalan  bergerak  melewati  bagian  lain dari  rangkaian.  Pada  titik  transisi, tegangan  atau  arus  dapat  berharga  nol sampai  dua  kali  harga  semula  tergantung pada karakteristik teminalnya. Gelombang  berjalan  asal  ( impinging wave ) disebut gelombang datang ( incident wave ) dan dua macam gelombang  lain  yang  muncul  pada  titik transmisi  disebut  dengan  gelombang pantul  ( reflected  wave )  dan  gelombang maju ( transmitted wave ).

## B.    Analisis  Transien  :  Gelombang
Pantul.
Di  sub  bab  ini  akan  dibahas tentang    apa  yang  akan  terjadi  jika  suatu tegangan dihubungkan pada ujung pengirim  suatu  saluran  transmisi  yang ditutup dengan suatu impedansi Z R
Pada saat saklar ditutup  dan suatu tegangan  terhubung  pda  suatu  saluran, maka  suatu  gelombang  tegangan  V + mulai  berjalan  sepanjang  saluran  dikikuti oleh suatu gelombang arus i + . Perbandingan  antara  V R dan  i R di  ujung saluran  pada  setiap  saat  harus  sama dengan  resistansi  penutup  Z R .    Oleh karena itu kedatangan V + dan i + di ujung
penerima  di  mana  nilai-nilainya  adalah  V R + dan  i R + harus  menimbulkan  gelombang- gelombang  yang  berjalan  ke  belakang  atau gelombang-gelombang  pantulan  V - dan  i - yang  nilai-nilainya  di  ujung  adalah  V R - dan i R - sedemikian sehingga,
R R R R R R i i V V i V        (11)
dengan  V R - dan  i R - adalah  gelombang- gelombang V - dan i - yang diukur pada ujung penerima.
Jika dibuat Z C = C L / didapat dari persamaan  (10) :
c R R Z V i    (12)
dan
c R R Z V i     (13)
Kemudian dengan memasukkan nilai iR+ dan iR-  ke  dalam  persamaan  (11)  dihasilkan persamaan :
     R R R R V c Z Z c Z Z V . (14)
Koefisien  pantulan  ρ R untuk  tegangan  pada ujung  penerima  saluran  didefnisikan  sebagai V R - /V R + , jadi : c Z Z c Z Z R R R     (15)
dengan :
ρ R =  koefisien pantulan pada ujung penerima Z R =   impedansi ujung penerima Z C =   impedansi karakteristik (impedansi surja)
Pada  saluran  yang  ditutup  dengan impedansi karakteristik Z C , terlihat bahwa koefisien  pantulan  untuk  sama  dengan nol,  sehingga  tidak  ada  gelombang pantulan,  dan  saluran  berlaku  seakan- akan panjangnya tidak terhingga.
Pada  saat  ujung  saluran  yang merupakan  suatu  rangkaian  terbuka  Z R adalah  tak  terhingga  akan    didapatkan harga  ρ R sama  dengan  1  (satu).  Dengan demikan  tegangan  yang  terjadi  pada ujung  penerima  menjadi  2  kalinya tegangan pada sumber tegangan atau pada ujung pengirim.
Dari uraian di atas bisa disimpulkan  bahwa  besar  tegangan  lebih transien sangat tergantung pada impedansi  karakteristik  (Z C = C L / ), dimana  impedansi  karakteristik  tersebut sangat  berpengaruh  terhadap  koefisien pantulan ρ R .
Harus  diperhatikan  di  sini  bahwa gelombang-gelombang yang berjalan kembali  ke  arah  ujung  pengirim  akan
menyebabkan  pantulan-pantulan  baru  yang ditentukan  oleh  koefisien  pantulan  pada ujung  pengirim  ρ S dan  imedansi  ujung pengirim Z R .
c Z Z c Z Z S S S     (16)
dengan :
ρ S =    koefisien  pantlan  pada  ujung pengirim Z R =   impedansi ujung pengirim
Z C =   impedansi karakteristik (impedansi surja)

## C.  EMTP (Electromagnetic Transients
Programs)
EMTP  ( Electromagnetic  Transients Program )  adalah  sebuah  paket  program komputer  terintegasi  yang  secara    khusus didesain  untuk  meyelesaikan  permasalahan peralihan  ( transient )  pada  sistem  tenaga listrik untuk rangkaian terkonsentrasi,
rangkaian  terdistribusi,  atau  kombinasi  dari kedua rangakian tersebut.
Program ini pertama kali dikembangkan oleh H.M. Dommel di Munich Institute  of  Technology  pada  awal  tahun 1960-an.  EMTP sangat  tepat  jika digunakan untuk  menganalisis  transien  pada  operasi surja  hubung  ( switching  surge )  atau  surja petir  ( lightning  surge )  karena  program  ini
secara  khusus  menyediakan  fasilitas pemodelan untuk generator, circuit breaker, transformator,  sumber    surja petir  dan  pemodelan  berbagai  jenis saluran transmisi.

## 2. METODE DAN PEMBAHASAN
Perhitungan  matematis  dari  rumus- rumus  tersebut  di  atas  akan  sulit  dan rumit sekali, sehingga untuk
mempermudah dalam menganalisa dipakai EMTP sebagai alat bantu, dengan cara membuat simulasi rangkaian berdasarkan    data-data  yang  diperoleh  di lapangan.  Sehingga metode penelitian ini dapat  diuraikan  dalam  langkah-langkah kegiatan sebagai berikut :
a. Pencarian data di lapangan.
b. Pembuatan model saluran
c. Penentuan nilai parameter saluran
d. Penerapan  model  rangkaian  ke dalam program EMTP
e. Pengamatan  hasil  simulasi  dari EMTP
Data-data  untuk  simulasi  diambil dari  saluran  transmisi  500  kV  antara Ungaran-Pedan  dengan  asumsi  sebagai berikut :
a. saluran tersebut ideal
b. pemutus  tenaga  membuka  secara serentak
c. pengamatan  hanya  dilakukan  di ujung saluran.
d. saluran    transmisi  dalam  keadaan tanpa reaktor.
Berdasarkan data-data  yang diperoleh maka  didapatkan  bentuk  simulasi  rangkaian sebagai berikut,
U
Gambar 1.  Model Rangkaian untuk Simulasi
Simulasi dijalankan dengan skenario, saluran transmisi dalam keadaan tanpa  beban  kemudian  saklar  ditutup untuk  memasukan  tegangan  sebesar 408,25 kV. Dari hasil simulasi didapatkan profil  dan  karakteristik  tegangan  lebih transient  yang  terjadi  di  ujung  penerima saluran  transmisi  500  kV  Ungaran  Pedan karena  proses energized di  Gardu  Induk 500  Kv  Ungaran  adalah    sebagai-berikut.
Gambar 2. Profil Surja Hubung di Ujung Saluran Transmisi 500 kV Ungaran-Pedan  pada Saat Operasi Energized.
Hasil simulasi  seperti  yang tercantum pada  gambar  2  di  atas    memperlihatkan bahwa  magnitude  tegangan  lebih  transien terbesar  yang terjadi di  ujung saluran selama proses energized pada  saluran  transmisi  500 kV Ungaran-Pedan kurang lebih  800,20  kV. Tegangan tersebut hampir dua  kali  tegangan di ujung pengirim yaitu 408,25 kV.
Tegangan  lebih  transient  tersebut berlangsung  sangat  cepat  yang  makin  lama makin mengecil dan mencapai keadaan tunak ( steady  state )  dalam  waktu  kurang  lebih  30 mili detik.

## 3. KESIMPULAN DAN SARAN

## Kesimpulan
Tegangan  lebih  transien  yang  terjadi di  ujung penerima saluran transmisi  500 kV yang  terbuka  pada  saat  proses  energized mencapai  dua kali tegangan  yang dikenakan di ujung pengirim sehingga sangat berbahaya bagi koordinasi sistem osilasinya.

## Saran
Untuk  mendapatkan  hasil  simulasi yang  lebih  akurat  perlu  dilakukan  lebih lanjut dengan menghilangkan asumsi-asumsi pada  penelelitian  ini.    Juga  perlu  dilakukan
penelitian  lebih  lanjut  untuk  menentukan langkah-langkah  guna  meredam  tegangan lebih transien.

## DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar,  A.,  1994,    “ Teknik  Tegangan Tinggi ”, Pradnya Paramita, Jakarta.
Dommel,  dan  Herman,  W.,      1996,
“ Electromagnetic  Transients  Program ”
Vancouver, Canada.
EMTP  Development  Coordination  group,
1998, “ The Electromagnetic Transients Program ”,  Version  3,0  Rule  Book  1,
Volume 1, EPRI Report.
EMTP  Development  Coordination  group,
1998, “ The Electromagnetic Transients
Program ” , Version  3,0  Rule  Book  2,
Volume 1, EPRI Report.
EMTP  Development  Coordination  group,
1998, “ The Electromagnetic Transients
Program ”,  Version  3,0  Rule  Book  3,
Volume 1, EPRI Report.
Galvan, A., and Cooroy, V., 1997, “Analysis of  Lightning-Induced  Voltages  in  a Network of Conductors using the ATP-
EMTP
Program”,
Conference Publication no. 445, IEEE.
Kundur,  P.,  Morison,  G.R.,  and  Wang,  L.,
2000, “Techniques for On-Line
transient  Stability  Assessment  and
Control”, Power  Engineering  Society Winter Meeting no.06, IEEE .
Marti,  L.,  1998,  “Calculation  of  Voltage profile  Along  Transmission  Lines”, IEEE  on  Transaction  on  Power Delivery .
Naidu,  MS.,  V.,    Kamaraju,  1995,  “ High Voltage  Engineering ” , Tata  MCGraw- Hill Publishing Company Limited. T.S.  Hutauruk,  1989,  “ Gelombang  Berjalan dan Proteksi Surja ”, Erlangga, Jakarta Stevenson,  W.D.,  Jr.,  1996,  “ Power  System Analysis ” , International Edition Singapore.