Studi Analisis Gangguan Petir Terhadap Kinerja Arrester Pada

## Sistem Distribusi Tegangan Menengah 20 KV Menggunakan
Alternative Transient Program (ATP)
Zainal Abidin *)
*) Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Islam Lamongan. e-mail :, zainalabidin@unisla.ac.id

## Abstrak
Surja (surge) Petir merupakan faktor yang lebih dominan dalam menimbulkan tegangan lebih transien pada jaringan  tenaga  listrik  dengan  tingkat  tegangan  di  bawah  230  kV,  dibandingkan  dengan  faktor  surja hubung.  Untuk  menentukan  penempatan  arrester  diketahui  dari  pencarian  data  gangguan  yang  terjadi  di PT.PLN  (Persero)  Rayon  Sidayu  karena  kadar  tanah  lembab  dan  banyak  pohon-pohon  besar  pada  feeder Lowayu. Oleh karena itu, pemahaman tentang pengaruh sambaran petir yang terjadi di jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV sangat diperlukan agar efek sambaran petir bisa diantisipasi sehingga peralatan dan komponen yang ada di  jaringan ditribusi  tersebut tidak  rusak.  Pada penelitian ini, dilakukan simulasi sambaran  petir  terhadap  jaringan  distribusi  tegangan  menengah  20  kV  Feeder  (penyulang)  Lowayu  pada PT.PLN (Persero) Rayon Sidayu.. Hasil simulasi  menunjukkan bahwa tagangan lebih di tunjukan program ATP  adalah      67  kV.  Nilai  tersebut  juga  bisa  dihitung  dengan  teori  gelombang  berjalan  dan  gelombang pantul dan terjadi tegangan lebih di fasa trafo 291 adalah 66,25 kV sehingga erorr yang terjadi ketika  surge petir mencapai 1,1875%.
Kata Kunci : Arrester 20 kV, Surge petir, Feeder Lowayu.

## I. PENDAHULUAN
Gangguan  yang  disebabkan  oleh  surja  ( surge ) petir  memang  tidak  bisa  diprediksi  tetapi  bisa  kita perkirakan dari wilayah  yang  biasanya terkena dampak induksi tersebut, maka dari itu nantinya penempatan alat tegangan  menegah  yang  alatnya  dapat  difungsikan sebagai  proteksi  petir  akan  di  pantau  lebih  dan  untuk jenis-jenis  alat  tegangan  menegah  yang  akan  dipakai harus sesuai setandarisasi nasional maupun internasional  agar  kinerja  suatu  alat  bisa  bekerja  lebih optimal. Dengan menggunakan simulasi ATP ( Alternative Transient Progam ) perusahaan bisa melihat lebih  kondisi  yang  biasanya  terkena  dampak  induksi petir, dalam progam tersebut bisa disimulasikan kondisi penyulang  yang  biasanya  terkena  sambaran  petir, perhitungan beban dan perhitungan arus bisa dibaca dari simulasi  tersebut  apakah  terjadi  arus  lebih  atau  bebaan berkurang,  dan  nantinya  ketika  sudah  dilakukan simulasi  perusahaan  bisa  mengindikasi  tempat-tempat yang  harus  di  pasang  proteksi  petir  sehingga  gangguan bisa di minimalisir.
Surja petir merupakan faktor yang lebih dominan dalam  menimbulkan  tegangan  lebih  transien  pada jaringan  tenaga  listrik  dengan  tingkat  tegangan  di bawah  230  kV,  dibandingkan  dengan  faktor  surja hubung.  Sedangkan  pada  tingkat  tegangan  230  kV  ke atas,  surja  hubung  merupakan  faktor  yang  lebih dominan  dalam  menimbulkan  tegangan  lebih  transien dibandingkan dengan faktor surja petir. Maka penelitian mengenai tegangan lebih transien akibat sambaran petir yang  terjadi  di  sepanjang  saluran  distribusi  tegangan menengah  20  kV  sangat  diperlukan  untuk  mengetahui
profil dan karakteristik tegangan  lebih tersebut. Karena informasi  mengenai  profil  dan  karakteristik  tegangan lebih  transien  yang  terjadi  pada  suatu  jaringan  tenaga listrik  diperlukan  sekali  dalam  perencanaan  koordinasi isolasi dan sistem proteksi.

## Rumusan Masalah.
Bagaimana  mengidentifikasi  lokasi  surja  ( surge )  petir yang  sering  terjadi  pada  jaringan  distribusi  20  Kv    di PT. PLN (Persero) Rayon sidayu?
Bagaimana simulasi surge petir terhadap kinerja arrester pada  tegangan  20  kV  menggunakan  ATP  versi  6.1 tahun 2005 ?

## Tujuan
Untuk  mengidentifikasi  lokasi  yang  terjadi  surja  petir sehingga  nantinya  arrester  bisa  di  pasang  untuk melindungi peralatan listrik distribusi tegangan menegah.
Untuk  melihat  surja  ( surge )  petir  terhadap  kinerja arrester  pada  simulasi  ATP  versi  6.1  tahun  2005 sehingga  nantinya  arrester  bisa  terindentifikasi  kualitas yang  harus  di  pasang  pada  lokasi  tertentu  yang  sering terjadi  surja  ( surge )  petir  dengan  kapasitas  atau  model arrester tertentu.

## II. METODOLOGI
Dalam  penelitian  ini  metode  yang  digunakan meliputi  perancangan  analisa  data,  agar  diperoleh  data dan  informasi  yang  akurat.  Mulai  dari  pengumpulan data, perancangan, penulisan, pengujian, hingga analisis hasil sistem. Dalam penelitian ini data di ambil dari PT PLN (Persero) Rayon Siodayu Gresik.
Untuk  mengetahui  penempatan  pemasangan arrester diketahui  dengan  cara  mencari  data  dari gangguan  di  PT.  PLN  (Persero)  Unit  Sidayu,  dalam penelitian  ini  kami  menggunakan  progam  (ATP) untuk simulasi  tegangan  lebih  yang  di  sebabkan  oleh  induksi sambaran  petir,  untuk  lebih  khususnya  kami  hanya meneliti  1  penyulang  distribusi  yang  sangat  sering terjadi  gangguan  yaitu  penyulang  lowayu  dengan melihat  kondisi  dan  keadaan  alam  dimana  tempat- tempat  yang  sering  terjadi  gangguan  adalah  tempat tertentu saja.
Permasalahan  yang  dikaji  pada  penelitian  ini adalah mengenai distribusi tegangan lebih transien yang terjadi  pada  jaringan  distribusi  tegangan  menengah  20 kV  pada  Rayon  Sidayu  Gresik  terutama  di  Penyulang Lowayu,  pada  saat  terjadi  sambaran  petir  pada  saluran tersebut, untuk itu dilakukan simulasi terhadap jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV penyulang Lowayu Rayon  Sidayu  Gresik  dengan  menggunakan  ATP  versi 6.1 tahun 2005.

## III. HASIL DAN PEMBAHASAN

## Data Hasil Penelitian
Data  diambil  dari  PT  PLN  (Persero)  Rayon Sidayu  yang  berada  di  jalan  pahlawan  No.26,  Asem papak, kecamatan Sidayu,  Kabupaten Gresik. PT. PLN (Persero)  Rayon  Sidayu  adalah  Cabang  Perusahaan Listrik  Negara  bagian  distribusi  listrik  yang  meliputi  7 feeders (Penyulang)  yaitu Feeder Ujung  Pangkah, Feeder Dukun, Feeder Indosat ,  Feeder Bluri, Feeder Hatni, Feeder Lowayu  dan Feeder Sadang.  Dalam Rayon  Sidayu  ada  307  trafo,  44  LBS  ( Load  Break System ), 42 CO Brand dan 8 Recloser. Suplai tegangan dari Garduk Induk paciran dan Gardu Induk Manyar, GI paciran  dengan  Arus  Trafo  GI  60  MVA,  setting  PMT 400  A  yang  meliputi  4 Feeders (lihat  gambar  4.1). kemudian  untuk  GI  Manyar  menyuplai  dengan  2  trafo, trafo pertama menyuplai 2 feeders dengan arus trafo 60 MVA dan setting PMT 320 A. Lalu  trafo yang kedua di kususkan  untuk feeder Indosat  dengan  arus  travo  60 MVA dan setting PMT 400 A.
Gambar  1.  Single  Line  PT.PLN  (Persero)  Rayon Sidayu
Untuk  Mengindentifikasi  surja  ( surge )  petir terhadap  kinerja  arrester  pada  sistem  distrbusi  maka  di perlukan  data  penyulang  yang  sering  terjadi  surja ( surge )    petir,  oleh  karena  itu  perlunya  pengujian melalui simulasi ini agar bisa menempatkan titik daerah yang harus di pasang arrester . Petir memang tidak bisa
dilihat  atau  mengirakan  kapan  akan  menyambar,  tapi petir  dapat  di  perkirakan  daerah  mana  yanga  kan disambar ketika terjadi cuaca buruk.
Untuk perencanaan simulasi ini saya mengambil  data  gangguan  yang  terjadi  di  Unit  sidayu area  Gresik,  memang  banyak  sekali  gangguan  yang  di akibatkan problem lainya tapi kali ini peneliti akan lebih fokus  ke  bagian  gangguan  petir  karena  hampir  26% terjadi.
Berikut data-data gangguan di Unit Sidayu area Gresik:
Tabel  1.  Data  gangguan  penyulang  di  PT.PLN (Persero) Rayon Sidayu tahun 2016.
eeders (Penyulang ) Model Gangguan Ukn ow Ban gun an SUTM Putus Bali ho Poh on Traf o Peti r Binding Lepas Hew an Dukun 2 1 0 1 1 0 1 0 0 Indosat 1 0 2 0 1 1 2 0 1 Bluri 1 0 2 0 1 0 1 1 1 Hatni 0 0 0 0 0 0 0 0 1 Lowayu 2 0 0 0 1 0 4 0 1 Sadang 1 0 0 0 0 0 0 0 1 Ujung Pangkah 2 0 0 0 0 0 0 0 0

## Gambar  2.  Presentase  Gangguan  di  Unit  Sidayu Area Gresik
Dari  data  diatas  presentase  gangguan  yang terjadi akibat petir tahun 2016 dan paling banyak terjadi mencapai  26%.  untuk  wilayah  penyulang  yang  sering terkena  surja  petir  adalah  penyulang  Lowayu  dengan banyak  trafo  yang  terpasang  sejumlah  76  trafo  dengan sistem  pengamanan  hanya  10  LBS  ( Load  Break System ),  12  CO  Brand  dan  1  recloser.  Dari  banyak kemungkinan  daerah  ini  sering  terjadi  petir  karena lokasi  tersebut  berada  di  dataran  tinggi  dan  banyak tumbuhan pohon besar dengan daerah yang kadar tanah lembab  maka  dari  itu  petir  sering  menyambar  di  area penyulang  lowayu,  oleh  karena  itu  arrester  yang  perlu dipasang  adalah  model Distribution  tipe karena  model ini  sangat  efesien  dipasang  di  jaringan  distribusi dibandingan dengan arrester model line tipe.
Dalam percobaan simulasi ini penyulang lowayu sangat  cocok  untuk  di  jadikan  penelitian  untuk perancangan  simulasi  saat  terjadi  petir  dan  sekaligus
mengetahui  pengamana  surja  ( surge )  petir  ketika terpasang arrester.
Pada kenyataannya petir tidak bisa diprediksi.Petir  bisa  menyambar  dimana  saja  dan dengan  spesifikasi  gelombang  impuls  yang  sangat bervariasi.  Oleh  karenaitu,  pada  penelitian  ini,  akan disimulasikan berbagai kondisi yang mungkin terjadi.
Untuk  mensimulasikan  surja  ( surge )  petir  dan kinerja  Arrester  pada  sistem  distribusi  kali  ini  saya mengambil  data  penyulang  yang  sering  terjadi  surja petir yaitu penyulang lowayu, dengan banyak trafo yang terpasang sejumlah 76 trafo dengan sistem pengamanan hanya 10 LBS ( Load Break System ), 12 CO Brand dan 1 recloser. Berikut gambar Penyulang lowayu distribusi 3 fasa denga tegangan 20 KV.
K
Gambar 3. feeders Lowayu .

## Konfigurasi Konduktor pada Tiang
Dalam  simulasi  penelitian  ini  digunakan  tipe tiang B1 pada jaringan 3 fasa penyulang Lowayu Gardu Induk paciran.

## Gambar 4.Konfigurasi konduktor pada tiang
Sistem  distribusi  di  suplai  oleh  saluran transmisi.  Data  untuk  sumber  tegangan  Jaringan Tegangan  Menengah  3  fasa,  20  KV,  GI  paciran penyulang  Lowayu  yaitu  :  frekuensi  50  Hz,  tegangan 150 kV, AC 3 fasa, titik netral sumber di tanahkan dan perbedan sudut antar fasa diasumsikan 120 drajat.

## Transformator GI
Frequency : 50 Hz, Daya : 60 MVA, Tegangan sisi  primer  :  150  kV,  Tegangan  sisi  sekunder  :  20  kV, Arus  sisi  primer  :  105  A,  Arus  sisi  sekunder  :  866  A, dan Impedansi : 12,9%

## Transformator  di  saluran  GI  Paciran  Penyulang Lowayu
Di  sepanjang  saluran  3  fasa  GI  Paciran Penyulang  Lowayu  terdapat  76  Transformator  3  fasa dan  59  Transformator  1  fasa.  Penghantar  yang digunakan  untuk  Jaringan  Tegangan  Menengah  3  fasa, 20  kV,  GI  Paciran  Penyulang  Lowayu  adalah  jenis AAAC  dengan  ukuran  penampang  240  mm2,150  mm2 dan 70 mm2 dengan jarak antar tiang distribusi yaitu 50 m.

## Simulasi
Pada  penelitian  ini  digunakan  program  ATP ( Alternative Transient  Program) untuk mensimulasikan surja  ( surge )  petir  serta  kinerja  arester  pada  penyulang Lowayu. Untuk simulasi ini peneliti menempatkan pada area  desa  lowayu feeders Lowayu.  Gambar  jaringan tegangan  menengah 3  fasa, 20 KV, pada program ATP ditunjukkan sebagai berikut.
Gambar 5.  Area Distribusi Desa Lowayu
Gambar 6. sirkuit pada Program ATP
gambar 7. Runing Program ATP
Variabel yang divariasikan pertama adalah lokasi sambaran  petir.  Dilakukan  simulasi  sambaran  petir  di setiap  lokasi  yang  biasanya  terjadi  sambaran  petir, lokasi tersebut adalah pada trafo 291 hingga travo 135 .
Sebagai  bahan  untuk  perhitungan,  diambil  sebuah  nilai yaitu ketika petir menyambar fasa trafo 58 di titik travo 142.  Kemudian  dilakukan  pengukuran  tegangan  lebih fasa  trafo  58  di  titik  trafo  291.  Dari  hasil  simulasi dengan  ATP  diperoleh  nilai  tegangan  lebih  surja  petir yang  timbul  sebesar  67048  V.  Nilai  tersebut  bisa dihitung  dengan  teori  gelombang  berjalan  dan gelombang  pantul  maka  harus  menghitung  nilai indutansi  dan  kapasitansi  saluran  terlebih  dahulu.  Nilai induktansi  dan  kapasitansi  saluran  bisa  kita  hitung  jika kita tahu nilai d1, d2, dan d3 .

## Gambar 8.  Konfigurasi kawat jaringan distribusi 3 fasa
Jaringan  distibusi  tegangan  menengah  20  kV penyulang  Lowayu  menggunakan  kawat  yang  sudah standart  pemakaian  yaitu  dengan  spesifikasi  sebagai berikut:
luas penampang. : 240 mm2
GMR : 6.6238 mm = 0.66238 cm (Sabdulah,2005) diameter : 20 mm = 2 cm jari-jari : 10 mm = 1 cm d1, d2 : 84.383 cm d3 : 111.6 cm maka nilai induktansi dan kapasitansinya adalah,
Setelah diketahui nilai induktans dan kapasitans  saluran,  maka  bisa  dihitung  nilai  impedans karakteristiknya (Zc).
Nilai  koefisien  pantul  di  ujung  penerima  bisa  dengan persamaan  2.6,  dengan  asumsi  nilai  impedans  di  ujung penerima adalah impedans standar
(default) 500 Ω,
− = 0.892623 35 − = 31.251805
sehingga  tegangan  di  ujung  penerima,  dalam  hal  ini adalah fasa trafo 58 di titik trafo 291, adalah:
= + + − = 35 + 31.251805 = 66.251805
maka error yang terjadi Sebesar,

## IV. PENUTUP

## Kesimpulan
Penempatan  lokasi arrester bisa di ketahui dengan cara mendata lokasi yang sering terjadi sambaran petir dari  data  yang  didapat  adalah  feeder  (penyulang) Lowayu  di  area  PT.PLN  (Persero)  Rayon  Sidayu dengan  jumlah  gangguan  petir  mencapai  26%.  26%. Dengan banyak trafo yang terpasang sejumlah 76 trafo dengan sistem pengamanan hanya 10 LBS ( Load Break System ),  12  CO  Brand  dan  1  recloser.  Dari  banyak kemungkinan  daerah  ini  sering  terjadi  petir  karena lokasi  tersebut  berada  di  dataran  tinggi  dan  banyak tumbuhan pohon besar dengan daerah yang kadar tanah lembab  maka  dari  itu  petir  sering  menyambar  di  area penyulang  lowayu,  oleh  karena  itu  arrester  yang  perlu dipasang adalah model Distribution tipe.
Dalam  simulasi    pada  trafo  291  hingga  travo  135 Sebagai  bahan  untuk  perhitungan,  diambil  sebuah  nilai yaitu ketika petir menyambar fasa trafo 58 di titik travo 142.  Kemudian  dilakukan  pengukuran  tegangan  lebih fasa  trafo  58  di  titik  trafo  291.  Dari  hasil  simulasi dengan  ATP  diperoleh  nilai  tegangan  lebih  surja  petir yang  timbul  sebesar  67048  V.  Nilai  tersebut  bisa dihitung  dengan  teori  gelombang  berjalan  dan gelombang  pantul  dan  terjadi  tegangan  lebih  di  fasa trafo  291  adalah  66,25  kV  sehingga  erorr  yang  terjadi ketika surge petir mencapai 1,1875%.

## PUSTAKA
Arismunandar,  A.  (2001). Teknik  Tegangan  Tinggi . Jakarta: PT. Pradnya Paramita. Buku Pedoman Standar Konstruksi  Jaringan  Distribusi PLN ”, PLN DistribusiJawa Tengah,      Semarang, 1992. Hutauruk,  T.S.,  “ Gelombang  Berjalan  dan  Proteksi Surja” , Erlangga, Jakarta , 1989. IEEE Std 1410 Hidayanto,  Fuad, Perhitungan  Outage  Rate  Akibat Sambaran  Petir  tidak  Langsung  Pada  Saluran Distibusi  20  KV ,  Skripsi  S1,Teknik  Elektro, Universitas Diponegoro,Semarang, 2007. Sanabria,  Rodriguez,  D,  Robles,  Ramos,  C, Lightning and  Lightning  Arrester  Simulationin  Electerical power distribution Systems. Agustus 2004. Surge Arrester Technologies .
http://www.srcdevices.com, Des.2004. Woodworth Jonathan, “ Distribution System Response to a Lightning Strike ,” Arrester Works, Arrester Facts 029, pp 1-8, Juli 2008. http://www.google.co.id/SNI_03-7015-2004.pdf . Kursus  Operasi  dan  Pemeliharaan  Distribusi  TM, PT.PLN  (PERSERO)  Jasa  Pendidikan  dan Pelatihan, 1997.