23

BAB III

LANDASAN TEORI

3.1 Pengaman Jaringan Distribusi

Alat pengaman atau pelindung adalah suatu alat yang berfungsi

melindungi atau mengamankan suatu sistem penyaluran tenaga listrik dengan cara

membatasi tegangan lebih (over voltage) atau arus lebih (over current) yang

mengalir pada sistem tersebut, dan mengalirkannya ke tanah (ground). Dengan

demikian alat pengaman harus dapat menahan tegangan sistem agar kontinuitas

pelayanan ke pusat beban (load center) tidak terganggu hingga waktu yang tidak

terbatas. Dan harus dapat melalukan atau mengalirkan arus lebih dengan tidak

merusak alat pengaman dan peralatan jaringan yang lain. Oleh karena itu fungsi

alat pengaman adalah :

1. Melindungi sistem terhadap kondisi beban lebih (over load) dan hubung

singkat (chort circuit).

2. Melindungi sistem terhadap gangguan fisik dari luar terutama untuk

saluran udara (overhead line). Misalnya karena sambaran petir, sambaran

induksi awan bermuatan listrik dan sebagainya.

3. Mengisolir bagian sistem yang terkena gangguan.

4. Melindungi public/personal terhadap adanya jaringan tegangan tinggi,

terutama pada tempat-tempat yang padat penduduknya atau tempat-tempat

dimana jaringan listrik melintasi jalan lalu lintas umum.

Kegunaan sistem pengaman tenaga listrik, antara lain untuk:

a. Mencegah kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik akibat

terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal.

b. Mengurangi kerusakan peralatan-peralatan pada sistem tenaga listrik

akibat terjadinya gangguan atau kondisi operasi sistem yang tidak normal.

c. Mempersempit daerah yang terganggu sehingga gangguan tidak melebar

pada sistem yang lebih luas.

24

d. Memberikan pelayanan tenaga listrik dengan keandalan dan mutu tinggi

kepada konsumen.

e. Mengamankan manusia dari bahaya yang ditimbulkan oleh tenaga listrik.

f. Menjaga kestabilan sistem tenaga.

g. Menghindari hilangnya keuntungan perusahaan

Untuk meningkatkan keandalan jaringan distribusi tenaga listrik, cara

terbaik adalah dengan jalan merencanakan sistem isolasi yang cukup tahan

terhadap tegangan lebih dan mengkoordinasikan alat-alat pengaman yang

mempunyai keandalan tinggi terhadap bahaya elektris. Koordinasi pengaman

ini dinyatakan dalam bentuk langkah-langkah yang diambil untuk menghindarkan

gangguan pada sistem penyaluran tenaga listrik dengan jalan membatasi

gangguan-gangguan karena tegangan lebih atau arus lebih, sehingga tidak

menimbulkan kerusakan pada peralatan jaringan. Dalam upaya menanggulangi

terhadap bahaya tegangan lebih atau arus lebih, maka persyaratan yang diperlukan

bagi alat pengaman yang baik adalah :

1. Dapat melepaskan tegangan lebih ke tanah tanpa menyebabkan hubung

singkat (short circuit) terhadap sistem.

2. Dapat memutuskan arus lebih atau arus susulan dalam waktu yang cepat.

3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang tinggi, dalam arti

nilai perlindungan antara tegangan lebih maksimum yang diperbolehkan

pada saat pelepasan dengan tegangan maksimum sIstem yang dapat

dipertahankan sesudah terjadi pelepasan.

4. Mempunyai kepekaan (sensitivity) yang tinggi pada saat operasi.

5. Harus dapat bekerja dalam waktu singkat. Oleh karena itu kontinuitas

penyaluran tenaga listrik banyak tergantung pada kualitas sistem jaringan

distribusi itu sendiri, Makin komplek konfigurasi jaringan distribusi

(seperti bentuk network atau mesh) makin banyak peralatan yang

digunakan.

25

3.1.1. Jenis Gangguan Pada Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga lsitrik yang paling

dekat dengan pelanggan/ konsumen. Ditinjau dari volume fisiknya jaringan dis-

tribusi pada umumnya lebih panjang dibandingkan dengan jaringan transmisi dan

jumlah gangguannya (sekian kali per 100 km pertahun) juga paling tinggi

dibandingkan jumlah gangguan pada saluransaluran transmisi. Jaringan distribusi

seperti diketahui terdiri dari jaringan distribusi tegangan menengah (JTM) dan

jaringan distribusi tegangan rendah (JTR). Jaringan distribusi tegangan menengah

mempunyai tegangan antara 3 Kv sampai 20 kV. Pada saat ini PLN hanya

mengembangkan jaringan distribusi tegangan menengah 20 kV.

Jaringan distribusi tegangan menengah sebagian besar berupa saluran

udara tegangan menengah dan kabel tanah. Pada saat ini gangguan pada saluran

udara tegangan menengah ada yang mencapai angka 100 kali per 100 km per

tahun. Sebagian besar gangguan pada saluran udara tegangan menengah tidak

disebabkan oleh petir melainkan oleh sentuhan pohon, apalagi saluran udara

tegangan menengah banyak berada di dalam kota yang memiliki bangunan-

bangunan tinggi dan pohon-pohon yang lebih tinggi dari tiang saluran udara

tegangan menengah. Hal ini menyebabkan saluran udara tegangan menengah yang

ada di dalam kota banyak terlindung terhadap sambaran petir tetapi banyak

diganggu oleh sentuhan pohon. Hanya untuk daerah di luar kota selain gangguan

sentuhan pohon juga sering terjadi gangguan karena petir. Gangguan karena petir

maupun karena sentuhan pohon ini sifatnya temporer (sementara), oleh karena itu

penggunaan penutup balik otomatis (recloser) akan mengurangi waktu pemutusan

penyediaan daya (supply interupting time).

26

Perlindungan sistem distribusi meliputi:

1. Gangguan hubung singkat

a. Gangguan hubung singkat dapat terjadi antar fase (3 fase atau 2 fase)

atau 1 fase ketanah dan sifatnya bisa temporer atau permanen.

b. Gangguan permanen: Hubung singkat pada kabel, belitan trafo,

generator, (tembusnya isolasi).

c. Gangguan temporer: Flashover karena sambaran petir, flashover

dengan pohon, tertiup angin.

2. Gangguan beban lebih

Gangguan beban lebih terjadi karena pembebanan sistem distribusi yang

melebihi kapasitas sistem terpasang. Gangguan ini sebenarnya bukan

gangguan murni, tetapi bila dibiarkan terus-menerus berlangsung dapat

merusak peralatan.

3. Gangguan tegangan lebih

Gangguan tegangan lebih termasuk gangguan yang sering terjadi pada

saluran distribusi. Berdasarkan penyebabnya maka gangguan tegangan lebih

ini dapat dikelompokkan atas dua hal, yaitu :

a. Tegangan lebih power frekwensi. Pada sistem distribusi hal ini

biasanya disebabkan oleh kesalahan pada AVR atau pengatur tap pada

trafo distribusi.

b. Tegangan lebih surja Gangguan ini biasanya disebabkan oleh surja

hubung atau surja petir.

Dari ketiga jenis gangguan tersebut, gangguan yang lebih sering

terjadi dan berdampak sangat besar bagi sistem distribusi adalah gangguan

hubung singkat. Sehingga istilah gangguan pada sistem distribusi lazim

mengacu kepada gangguan hubung singkat dan peralatan proteksi yang

dipasang cenderung mengatasi gangguan hubung singkat ini.

27

3.2. Lightning Arrester

Lightning Arrester adalah suatu alat pengaman yang melindungi jaringan

dan peralatannya terhadap tegangan lebih abnormal yang terjadi karena sambaran

petir (flash over) dan karena surja hubung (switching surge) di suatu jaringan.

Lightning arrester ini memberi kesempatan yang lebih besar terhadap tegangan

lebih abnormal untuk dilewatkan ke tanah sebelum alat pengaman ini merusak

peralatan jaringan seperti tansformator dan isolator. Oleh karena itu lightning

arrester merupakan alat yang peka terhadap tegangan, maka pemakaiannya harus

disesuaikan dengan tegangan sistem. Arrester petir atau disingkat arrester adalah

suatu alat pelindung bagi peralatan sistem tenaga listrik terhadap surya petir.

Alat pelindung terhadap gangguan surya ini berfungsi melindungi

peralatan system tenaga listrik dengan cara membatasi surja tegangan lebih yang

datang dan mengalirkannya ketanah. Disebabkan oleh fungsinya, Arrester harus

dapat menahan tegangan sistem 50 Hz untuk waktu yang terbatas dan harus dapat

melewatkan surja arus ke tanah tanpa mengalami kerusakan. Arrester berlaku

sebagai jalan pintas sekitar isolasi. Arrester membentuk jalan yang mudah untuk

dilalui oleh arus kilat atau petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi

pada peralatan. Selain melindungi peralatan dari tegangan lebih yang diakibatkan

diakibatkan oleh tegangan lebih internal seperti surja hubung, selain itu arrester

juga merupakan kunci dalam koordinasi isolasi suatu system tenaga listrik. Bila

surja datang ke gardu induk arrester bekerja melepaskan muatan listrik serta

mengurangi tegangan abnormal yang akan mengenai peralatan dalam gardu induk.

3.2.1. Cara Kerja Lightning arrester di Jaringan SUTM dan Gardu Portal

Gelombang berjalan (surja tegangan) selain disebabkan oleh gangguan

petir juga dapat terjadikarena adanya pembukaan dan penutupan pemutus tenaga

listrik (open closing circuit breaker) atau adanya switching pada jaringan tenaga

listrik[5].

Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh surja

petir ataupun surja hubung, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada

peralatan. Pada kondisi normal arrester berlaku sebagai isolator tetapi bila timbul

28

surja, arrester berlaku sebagai konduktor yang berfungsi memberi jalan yang

mudah dialiri arus yang tinggi ke tanah. Setelah gangguan surja hilang arrester

harus dengan cepat menjadi isolator kembali, sehingga pemutus tenaga tidak

sempat membuka. Pada kondisi yang normal ( tidak terkena surja) arus bocor

arrester tidak boleh lebih dari 2 mili anpere (mA). Apabila melebihi angka

tersebut, berarti kemungkinan besar lightning arrester mengalami kerusakan

Gambar 3.1. cara kerja lightning arrester pada saat terjadi gangguan

Persyaratan yang harus dipenuhi oleh Arrester adalah sebagai berikut:

1. Tegangan percikan (sparkover voltage) dan tegangan pelepasannya

(discharge voltage), yaitu tegangan pada terminalnya pada waktu

pelepasan, harus cukup rendah, sehingga dapat mengamankan isolasi

peralatan. Tegangan percikan disebut juga tegangan gagal sela (gap

breakdown voltage) sedangkan tegangan pelepasan disebut juga tegangan

sisa (residual voltage) atau jatuh tegangan (voltage drop).

Jatuh tegangan pada Arrester = 𝑖 × 𝑅

Dimana :

𝑖 = Arus maksimal (A)

𝑅 = Tahanan Arrester (Ohm)

29

2. Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat berkeja terus

seperti semula. Batas dari tegangan system dimana arus susualn ini masih

mungkin, disebut tegangan dasar (rated voltage) dari Arrester .

3. Lightning arrester harus mampu mengalirkan arus surja ke tanah tanpa

merusak arrester itu sendiri.

4. Lightning arrester harus memiliki harga tahanan pentanahan di bawah 1,7

ohm berdasarkan STAKOM DJBB 2008

Gambar 3.2. Grafik Arus pelepasan pada arrester

3.2.2. Sistem Proteksi Gangguan Surja Petir Saluran Distribusi TM 20 KV

Spesifikasi lightning arrester yang dipakai untuk JTM 20 kV adalah 18

kV 5 kA pada sisi 20 kV trafo hubung bintang ditanahkan 24 kV 5 kA seri A

(pada sisi 20 kV trafo distribusi, hubungan delta maupun phasa satu dari system

delta 24 kV, 10kA untuk jaringan pada sisi 20 kV trafo daya (GI). Sistem

pemasangan Lightning Arrester terbagi dua, yaitu sebagai berikut:

1. LA dipasang antara SUTM dan CO, apabila saluran terkena surja petir akan

diamankan LA dan disalurkan ke tanah, gambar a

2. LA dipasang setelah CO, apabila SUTM tersambar surja petir akan diamankan

CO, gambar b

30

Gambar 3.3. sistem pemasangan lightning arrester

Gambar 3.4. merupakan instalasi arrester pada jaringan. Karna jaringan

SUTM rawan dengan surja petir maka tiap 5 tiang diberi arrester, guna mencegah

meluasnya gangguan akibat surja petir. Arrester di kabel naik ataupun turun

(saluran kabel tegangan menengah) sama instalasinya dengan arrester pada

jaringan. Instalasi pengawatannya dari jaringan SUTM di kopel ke terminal

primer arrester dan terminal sekunder arrester di tanahkan.

Gambar 3.4. Pentanahan arrester pada tiang lurus (tangent)

31

Gambar 3.5. dan Gambar 3.6. merupakan instalasi arrester pada gardu

cantol 20 KV yang membedakan hanya tumpuan tiang yang menyangga trafo

tersebut. Pengawatannya dari penyulang saluran 20 KV di hubungkan pada

terminal primer arrester setelah itu baru dihubungkan pada terminal primer fuse

cut out (FCO). dan terminal sekunder fuse cut out dihubungkan pada terminal

primer trafo distribusi. Sedangkan terminal sekunder arrester di tanahkan.

Gambar 3.5. Pentanahan arrester dan FCO pada tiang trafo double pole

32

Gambar 3.6. Pentanahan arrester dan FCO pada tiang trafo single pole

33

Terminal pentanahan arrester diinterkoneksikan dengan terminal

pentanahan tanki trafo dan terminal pentanahan netral trafo (netral ditanahkan

langsung). Jika ditanahkan bersama maka arus surya yang mengalir ke tanah

melalui suatu impedansi (z), menyebabkan drop tegangan pada impedansi tersebut

sehingga tegangan tinggi pada kumparan primer trafo. Karena kumparan sekunder

dan tanki mempunyai beda potensial terhadap tanah. Maka timbul beda potensial

diantara kedua kumparan dan diantara kumparan primer dan tanki lihat Gambar

3.7. Jika ditanahkan bersama maka akan menurunkan drop tegangan

padaimpedansi tersebut diatas yaitu menghilangkan beda potensial yang

dihasilkan oleh drop tegangan pada impedansi tersebut diatas yaitu

menghilangkan beda potensial yang dihasilkan oleh drop tegangan pada

impedansi tanah lihat Gambar 3.8.

Jika terinterkoneksi (solid) antara tanki dan titik pentanahan bersama tidak

diizinkan dapat digunakan celah antara titik pentanahan dan netral kumparan

sekunder.Lihat Gambar 3.9. Hal ini menyebabkan arus surja dilewatkan melalaui

beberapa impedansi pentanahan pararel dan behaya terhadap kerusakan isolasi

diminimalkan, walaupun dalam kondisi arus surya besar dan impedansi

pentanahan tinggi. Arrester dipasang pada tiap kawat / penghantar baik trafo 3

phasa maupun satu phasa untuk sistem Y , ditanahkan lihat Gambar 3.10..Untuk

system ∆ (segitiga) arrester pada jaringan tak ditanahkan. Tegangan pada arrester

adalah tegangan phasa-phasa. jika salah satu penghantar mengalami gangguan

phasa tanah dan arrester pada tiap kawat diisi primer seperti ditunjukkan pada

Gambar 3.11.

34

Gambar 3.7. Pengamanan dengan arrester tanpa interkoneksi terminal pentanahan.

Gambar 3.8. Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi terminal pentanahan (solid).

35

Gambar 3.9. Pengamanan dengan arrester dan interkoneksi pentanahan lewat celah

(gap).

Gambar 3.10. Hubungan arrester pada sistem bintang ditanahkan.

36

Gambar 3.11. Pemakaian arrester pada sistem segi-tiga (delta).

Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh petir,

sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Pada kondisi

normal arrester berlaku sebagai isolasi tetapi bila timbul surja arrester berlaku

sebagai konduktor yang berfungsi melewatkan aliran arus yang tinggi ke tanah.

Setelah arus hilang, arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator. Pada

dasar arrester terdiri dari dua bagian yaitu : Sela api (spark gap) dan tahanan kran

(valve resistor). Keduanya dihubungkan secara seri. Batas atas dan bawah dari

tegangan percikan ditentukan oleh tegangan system maksimum dan oleh tingkat

isolasi peralatan yang dilindungi.

Untuk penggunaan yang lebih khusus arrester mempunyai satu bahagian

lagi yang disebut dengan Tahanan katup dan system pengaturan atau pembagian

tegangan (grading system). Jika hanya melindungi isolasi terhadap bahaya

kerusakan karena gangguan dengan tidak memperdulikan akibatnya terhadap

pelayanan, maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan terjadinya

percikan pada waktu tegangan mencapai keadaan bahaya. Dalam hal ini, tegangan

sistem bolak – balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus

37

bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka

kemungkinan api dapat dipadamkan.

Tetapi bila tahanannya mempunyai harga tetap, maka jatuh tegangannya

menjadi besar sekali sehingga maksud untuk meniadakan tegangan lebih tidak

terlaksana, dengan akibat bahwa maksud melindungi isolasi pun gagal. Oleh

sebab itu disrankan memakai tahanan kran (valve resistor), yang mempunyai sifat

khusus, yaitu tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar. Proses

pengecilan tahanan berlangsung cepat yaitu selama tegangan lebih mencapai

harga puncak. Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastis

pada tahanan sehingga jatuh tegangannya dibatasi meskipun arusnya besar. Bila

tegangan lebih habis dan tinggal tegangan normal, tahanannya naik lagi sehingga

arus susulannya dibatasi kira – kira 50 ampere. Arus susulan ini akhirnya

dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan sistemnya mencapai titik nol yang

pertama sehingga alat ini bertindak sebagai sebuah kran yang menutup arus, dari

sini didapatkan nama tahanan kran.

Pada arrester modern pemadaman arus susulan yang cukup besar (200–

300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini, baik amplitude

maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadaman dapat dilakukan

sebelum tegangan system mencapai harga nol. Tegangan dasar (rated voltage)

yang dipakai pada lightning arrester adalah tegangan maksimum sistem, dimana

lightning arrester ini harus mempu-nyai tegangan dasar maksimum tak melebihi

tegangan dasar maksimum dari sis-tem, yang disebut dengan tegangan dasar

penuh atau lightning arrester 100 %.

38

3.2.3. Macam – macam Arrester

Lightning arrester terdiri dari dua jenis yaitu jenis Ekspulasi dan jenis

Tahanan Tak Linear.

1. Expulsion Type Lightning arrester (Protector Tube)

Arrester ini merupakan tabung yang terdiri dari :

Dinding tabung yang terbuat dari bahan yang mudah menghasilkan gas jika

dilalui arus (bahan fiber).

Sela batang (external series) yang biasanya diletakkan pada isolator

porselin, untuk mencegah arus mengalir dan membakar fiber pada tegangan

jala-jala setelah gangguan diatasi.

Sela pemutus bunga api diletakkan didalam tabung salah satu elektroda

dihubungkan ketanah.

Gambar 3.12. Elemen-elemen lightning arrester jenis ekspulsi

Setiap kawat phasa mempunyai tabung pelindung. Pada waktu tegangan terpa

melalui sela batang dan sela bunga api maka impedansi tabung akan menjadi

rendah sehingga arus terpa dan arus sistem mengalir ketanah. Tegangan diantara

saluran dengan tanah turun setelah tembus terjadi.

39

Bagaimanapun arus yang mengalir akan membakar fiber dan menghasilkan

gas yang bergerak cepat kearah lubang pembuangan dibagian bawah arrester.

Tekanan gas ini akan mematikan bunga api pada saat arus melalui titik nol

pertamanya. Waktu pemadaman busur api ini hanya setengah atau satu siklus

sehingga RRV (Rate of Recovering Voltage) lebih lambat dari rate of

rise kekuatan dielektrik isolasi. Beda waktu ini cukup pendek untuk dapat dibaca

oleh rele pelindung sehingga CB (Circuit Breaker) tetap bekerja (tertutup) dan

pelayanan daya tidak terganggu. Segera setelah gas ditekan keluar dan api

menjadi padam sistem dapat bekerja kembali dengan normal.

A. Kelemahan dan kerugian lightning arrester type expulsi

Terbatas pada sistem yang mempunyai besar arus sistem kurang

dari 1/3 dari besarnya arus terpa. Karena arus yang sangat besar

menyebabkan fiber habis terbakar dan arus yang terlalu kecil tidak mampu

menghasilkan cukup gas pada tabung untuk mematikan busur api.

Karena setiap arrester bekerja, permukaan tabung akan rusak karena

terbakar maka arrester ini mempunyai batasan pada jumlah operasinya

dimana arrester ini masih dapat berfungsi dengan baik.Walaupun

termasuk pemotong terpa yang murah karena kemampuannya memotong

arus ikutan namun sama sekali tidak cocok untuk perlindungan peralatan-

peralatan gardu yang mahal karena V-T (Tegangan – Waktu)

karakteristiknya yang buruk.

B. Pemakaian lightning arrester jenis Expulsi:

Umumnya dipakai untuk melindungi isolator transmisi. V-T

karakteristik dari arrester ini lebih datar daripada isolator sehingga

dapat mudah dikoordinasikan untuk melindungi isolator dari tembus

permukaan.

Dipakai pada tiang transmisi sebelum memasuki peralatan untuk

memotong arus terpa yang datang sehingga berfungsi mengurangi

kerja dari arrester di gardu.

40

Pada trafo-trafo kecil di pedesaan dimana pemotong petir tipe tahanan

tak linear sangat mahal dan pemakaian sela batang akan memberikan

perlindungan yang cukup.

Pada tiang transmisi tertentu yang sangat tinggi (misalnya

penyeberangan sungai) dimana kemungkinan disambar petir cukup

tinggi.

C. Jenis-jenis lightning arrester type expulsi:

Jenis Transmisi digunakan pada jaringan transmisi untuk melindungi

isolator

Jenis Distribusi digunakan untuk melindungi trafo pada jaringan-

jaringan distribusi dan peralatan-peralatan distribusi.

2. Non Linear Type Lightning arrester (Arrester Tipe Tahanan Tak Linear)

A. Jenis Silicon Carbide ( SiC)

Arrester ini terdiri dari beberapa sela yang tersusun seri dengan

piringan-piringan tahanan, dimana tahanan ini mempunyai karakteristik

sebagai berikut: harga tahanannya turun dengan cepat pada saat arus terpa

mengalir sehingga tegangan antara terminal arrester tidak terlalu besar dan

harga tahanan naik kembali jika arus terpa sudah lewat sehingga

memotong arus ikutan pada titik nol pertamanya. Sela api (sparks gap) dan

tahanan disusun secara seri dan ditempatkan didalam rumah porselen

kedap air sehingga terlindung dari kelembapan, pengotoran dan hujan.

Distribusi tegangan yang tidak merata diantara celah sela api

(sparks gap) menimbulkan masalah.Untuk mengatasi ini dipasang

kapasitor dan tahanan non linear paralel dengan sela api.Pada daerah

tegangan yang lebih tinggi kapasitor dan tahanan linear dihubungkan

dengan paralel dengan badan celah. Bila tegangan lebih menyebabkan

loncatan bunga api pada celah-celah yang diserikan, arus akan sangat

tinggi untuk mempercepat redanya tegangan lebih.

41

Tegangan tertinggi yang akan muncul pada penangkal petir adalah

tegangan loncatan atau tegangan yang terjadi pada tahanan tak linear pada

saat lonjakan arus mengalir. Tegangan loncatan bunga api terendah dari

penangkal disebut tegangan loncatan pulsa bunga api seratus

persen (Maximum 100% Impulse Spark Over Voltage). Tegangan yang

dibangkitkan tahanan non linear pada saat arus loncatan mengalir disebut

tegangan residu. Semakin rendah harga-harga ini semakin baik tingkat

perlindungan pada peralatan.

Arus bocor yang mengalir melalui tahanan dalam dalam keadaan

operasi normal dari sistem tidak melebihi 0,1 mA. Arus ini sudah cukup

untuk mempertahankan temperature dibagian dalam arrester lima derajat

lebih tinggi dari temperature sekeliling sehingga mencegah masuknya uap

air kebagian dalam arrester.

Gambar 3.13. Elemen-elemen lightning arrester jenis silicon carbide (SIC).

B. Jenis Metal Oxide ( MOV)

Arrester jenis Metal Oxide hanya terdiri dari unit-unit tahanan tak

linear yang terhubung satu sama lainnya tanpa memakai sela percik pada

setiap unit.

Untuk arrester jenis Metal Oxide material tahanan tak linear pada

dasarnya keramik yang dibentuk dari oksida seng ( ZnO) dengan

penambahan oksida lain. Bahan ini telah banyak dipakai untuk

perlindungan rangkaian-rangkaian yang bekerja pada beberapa kV sampai

dengan tegangan transmisi. Karena derajat ketidak linearan yang tinggi,

42

bahan ini memungkinkan penyederhanaan dalam desain dan dapat

memperbaiki penampilan dalam lingkungan tertentu.

Gambar 3.14. Elemen-elemen lightning arrester jenis metal oxide (MOV)

C. Jenis-jenis lightning arrester tipe tahanan tak linear

Gambar 3.15. Elemen-elemen lightning arrester jenis tahanan tak linear

Jenis Gardu (Station Type) , jenis ini merupakan penangkap petir

paling efisien dan mahal yang umumnya digunakan untuk melindungi

peralatan-peralatan penting pada gardu-gardu besar (sistem dengan

tegangan diatas 70 kV).

Jenis Hantaran (Line Type) , jenis ini lebih murah dan digunakan untuk

melindungi gardu dengan tegangan kerja dibawah 70 kV.

43

Penangkap petir jenis gardu untuk melindungi motor/generator,

digunakan untuk sistem dengan tegangan 2,2 kV sampai 15 kV.

Penangkap petir sekunder (Secondary Arrester) berguna untuk

melindungi peralatan-peralatan tegangan rendah dengan tegangan kerja

sistem antara 120 V sampai 750 V

3.2.4. Karakteristik Arrester

Oleh karena arrester dipakai untuk melindungi peralatan sistem tenaga

listrik maka perlu diketahui karakteristiknya sehingga arrester dapat digunakan

dengan baik didalam pemakaiannya. Arrester mempunyai tiga karakteristik dasar

yang penting dalam pemakaiannya yaitu tegangan rated 50 c/s yang tidak boleh

dilampaui, Ia mempunyai karakteristik yang dibatasi oleh tegangan (voltage

limiting) bila dilalui oleh berbagai macam arus petir.

Gambar 3.16. Karakteristik Arrester

Sebagaimana diketahui bahwa arrester adalah suatu peralatan tegangan

yang mempunyai tegangan ratingnya. Maka jelaslah bahwa ia tidak boleh

dikenakan tegangan yang melebihi rating ini, maka didalam keadaan normal

maupun dalam keadaan abnormal. Oleh karena itu menjalankan fungsinya ia

menanggung tegangan sistem normal dan tegangan lebih transiens c/s.

karakteristik pembatasan tegangan impuls dari arrester adalah harga yang dapat

44

ditahan oleh terminal ketika melewatkan arus – arus tertentu dan harga ini

berubah dengan singkat baik sebelum arus mengalir maupum mulai bekerja.

Untuk batas termis ialah kemampuan untuk mengalirkan arus surja dalam waktu

yang lama atau terjadi berulang – ulang tanpa menaikkan suhunya. Meskipun

kemampuan arrester untuk menyalurkan arus sudah mencapai 65000 – 100.000

ampere, tetapi kemampuannya untuk melewatkan surja hunbung terutama bila

saluran menjadi panjang dan berisi tenaga besar yang masih rendah.

Maka agar supaya tekanan stress pada isolasi dapat dibuat serendah

mungkin, suatu system perlindungan tegangan lebih perlu memenuhi persyaratan

sebagai berikut :

1. Dapat melepas tegangan lebih ketanah tanpa menyebabkan hubung singkat

ke tanah (saturated ground fault)

2. Dapat memutuskan arus susulan

3. Mempunyai tingkat perlindungan (protection level) yang rendah, artinya

tegangan percikan sela dan tegangan pelepasannya rendah.

3.2.5. Dasar Pemilihan Arrester

Dalam memilih arrester yang sesuai untuk keperluan tertentu, beberapa

faktor harus diperhatikan, yaitu :

a) Kebutuhan perlindungan : ini berhubungan dengan kekuatan isolasi dari

alat yang harus dilindungi dan karakteristik impuls dari arrester.

b) Tegangan system : ialah tegangan maksimum yang mungkin timbul pada

jepitan arrester

c) Arus hubung singkat sistem : ini hanya diperlukan pada arrester jenis

ekspulsi.

d) Jenis arrester : apakah arrester jenis gardu, jenis saluran, atau jenis

distribusi.

e) Faktor kondisi luar : apakah normal atau tidak normal (2000 meter atau

lebih di atas permukaan laut), temperatur dan kelembaban yang tinggi

serta pengotoran.

45

f) Faktor ekonomi : faktor ekonomi ialah perbandingan antara ongkos

pemeliharaan dan kerusakan bila tidak ada arrester, atau dipasang arrester

yang lebih rendah mutunya.

Untuk tegangan 69 kV dan lebih tinggi dipakai jenis gardu, sedangkan untuk

tegangan 23 kV sampai 69 kV salah satu jenis di atas dapat dipakai,

tergantung pada segi ekonomisnya.

A. Kemampuan Arrester Terhadap Surja Hubung

Ada dua macam surja, surja petir dan surja hubung. Jika arrester

melepas surja hubungan maka tenaga yang harus ditampung arrester itu

lebih besar dari pada tenaga yang harus diserap bila surja petir yang

menyambar. Ketika arrester yang dapat memenuhi tugas kerja terhadap

surja hubung belum berhasil dibuat, maka arrester itu dirancang untuk

tidak melepas karena surja hubung dan tingkatan isolasi dari peralatan

yang dilindungi diperkuat terhadap surja hubung. Namun, pada sistem

dengan tegangan sangat tinggi, karena pertimbangan ekonomis

dikehendaki penurunan tingkat isolasi terhadap surja hubung. Oleh karena

itu, setelah arrester yang mampu menampung surja hubung ini dapat

dibuat, maka penekanan surja hubung oleh arrester mulai dilakukan.

Meskipun dikehendaki tegangan pelepasan terhadap surja hubung kurang

dari 70 % BIL dari peralatan yang dilindungi, suatu batas minimum

kadang-kadang diadakan, karena jika tegangan ini terlalu rendah, arrester

akan terlalu sering bekerja, dan ini mempercepat kerusakannya.Tingkat

pengenal dari sebuah lightning arrester dinyatakan sebagai berikut :

B. Tegangan nominal atau tegangan pengenal (UA atau Nominal Voltage

Arrester)

Adalah tegangan dimana lightning arrester masih dapat bekerja

sesuai dengan karakterisiknya. Lightning arrester tidak dapat bekerja pada

tegangan maksimum sistem yang direncanakan, tetapi masih tetap mampu

memutuskan arus ikutan dari sistem secara efektif.

46

Lightning arrester umumnya tidak dapat bekerja jika ada gangguan

fasa ke tanah di satu tempat dalam sistem, karena itu tegangan pengenal

dari lightning arrester harus lebih tinggi dari tegangan fasa sehat ke tanah,

jika tidak demikian maka, lightning arrester akan melalukan arus ikutan

sistem yang terlalu besaryang menyebabkan lightning arrester rusak

akibat beban lebih termal (thermal overloading).

Untuk mengetahui tegangan maksimum yang mungkin terjadi pada

fasa yang sehat ke tanah sebagai akibat gangguan satu fasa ke tanah perlu

diketahui.

1. Tegangan sistem tertinggi (the highest sistem voltage),

umumnya diambil harga 110 % dari harga tegangan nominal

sistem.

2. Koefisien Pentanahan Didefinisikan sebagai perbandingan

antara tegangan rms fasa sehat ke tanah dalam keadaan

gangguan pada tempat dimana lightning arrester dipasang,

dengan tegangan rms fasa ke fasa tertinggi dari sistem dalam

keadaan tidak ada gangguan. Jadi,

𝑉 (𝑎𝑟𝑟𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟 𝑟𝑎𝑡𝑖𝑛𝑔)

= 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑘𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑡𝑒𝑟𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑥 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛

= 𝑉𝑟𝑚𝑠 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑘𝑒 𝑓𝑎𝑠𝑎 𝑥 1.10 𝑥 𝑘𝑜𝑒𝑓𝑖𝑠𝑖𝑒𝑛 𝑝𝑒𝑛𝑡𝑎𝑛𝑎ℎ𝑎𝑛

3. Sistem yang ditanahkan langsung koefisien pentanahannya 0.8.

Lightning arresternya disebut sebagai lightning arrester 80 %.

4. Sistem yang tidak ditanahkan langsung koefisien pentanahannya

1.0. Lightning arresternya disebut sebagai penangkap 100 %.

C. Arus Pelepasan Nominal (Nominal Discharge Current)

Arus Pelepasan Nominal adalah arus pelepasan dengan harga puncak dan

bentuk gelombang tertentu yang digunakan untukmenentukan kelas dari

lightning arrester sesuai dengan kemampuannya melalukan arus dan

karakteristik pelindungnya.

47

Bentuk gelombang arus pelepasan tersebut adalah:

1. Menurut standar Inggris/Eropa (IEC) 8 μs/20 μs

2. Menurut standar Amerika 10 μs/20 μs dengan kelas PP 10 kA,2.5 kA

dan 1.5 kA.

Kelas Arus Pelepasan terdiri dari:

a. Kelas Arus 10 kA, untuk perlindungan gardu induk yang besar dengan

frekuensi sambaran petir yang cukup tinggi dengan tegangan sistem

diatas 70 kv.

b. Kelas Arus 5 kA sama seperti (a), untuk tegangan sistem dibawah 70

kV.

c. Kelas Arus 2.5 kA, untuk gardu-gardu kecil dengan tegangansistem

dibawah 22 kV, dimana pemakaian kelas 5 kA tidak lagiekonomis.

d. Kelas Arus 1.5 kA, untuk melindungi trafo-trafo kecil di daerah-daerah

pedalaman.

D. Tegangan Percikan Frekuensi Jala-jala (Power Frequency Spark Over

Voltage)

Lightning arrester tidak boleh bekerja pada gangguan lebih dalam

(interval over voltage) dengan amplituda yang rendah karena dapat

membahayakan sistem. Untuk alasan ini maka ditentukan tegangan

percikan frekuensi jala-jala minimum, yaitu:

1. Menurut standar Inggris (B.S), Tegangan percikan frekuensi jala-jala

minimum = 1.6 x tegangan pengenal Lightning Arrester

2. Menurut standard IEC, Tegangan percikan frekuensi jala-jala

minimum = 1.5 x tegangan pengenal Lightning Arrester.

E. Tegangan Percikan Impuls Maksimum (Maximum Impulse Spark

Over Voltage)

Adalah tegangan gelombang impuls tertinggi yang terjadi pada

terminal lightning arrester sebelum lightning arrester tersebut bekerja.

Bentuk gelombang impuls tersebut menurut IEC Publ. 60 - 2 adalah 1.2

48

μs/50 μs. Hal ini menunjukkan bahwa jika tegangan puncak surja petir

yang datang mempunyaiharga yang lebih tinggi atau sama dengan

tegangan percikan maksimum darilightning arrester, maka lightning

arrester tersebut akan bekerja memotong surja petir tersebut dan

mengalirkannya ke tanah.

F. Tegangan Sisa (Residual Discharge Voltage)

Adalah tegangan yang timbul diantara terminal lightning arrester

pada saat arus petir mengalir ke tanah.Tegangan sisa dan tegangan

nominal dari suatu lightning arrester tertentu tergantung pada kecuraman

gelombang arus yang datang (di/dt dalam A/μs) dan amplituda dari arus

pelepasan (discharge current). Untuk menentukan tegangan sisa ini

digunakan impuls arus sebesar 8 μs/ 20 μs (IEC Standard) dengan harga

puncak 5 kA dan 10 kA.

Untuk harga arus pelepasan yang lebih tinggi maka tegangan sisa

ini tidak akan naik lebih tinggi lagi. Hal ini disebabkan karena

karakteristik tahanan yang tidak linier dari lightning arrester. Umumnya

tegangan sisa tidak akan melebihi Bil (Basic Insulation Level = Tingkat

Isolasi Dasar = TID) daripada peralatan yang dilindungi walaupun arus

pelepasan maksimumnya (Maximum Discharge Current) mencapai 65 kA

atau 100 kA.

G. Arus Pelepasan Maksimum (Maximum Discharge Current)

Adalah arus surja maksimum yang dapat mengalir melalui

lightning arrester setelah tembusnya sela seri tanpa merusak atau merubah

karakteristik dari Lightning Arrester.