Perlindungan Saluran Transmisi

ABSTRAK Pada umumnya kita telah mengetahui seringnya gangguan terhadap jaringan transmisi adalah gangguan alam, seperti gangguan kilat terhadap jaringan transmisi disebabkan jaringan transmisi yang melalu udara, panjang, tinggi dan tersebar diberbagai daerah terbuka serta beroperasi dalam segala macam kondisi. Diantara pertimbang-pertimbangan yang diambil dalam perancangan pemerisaian saluran transmisi adalah letak kawat tanah terhadap kawat fasa. Karena kawat tanah saja, sehingga persentase kecil saja pada kawat fasa. Dan sampai sekarang belum ada sarjana-sarjana yang menunjukan kegunaan kilat bagi kehidupan, belum mendapat jalan untuk mencegah atau memanfaatkan energi yang ditimbulkan oleh petir tersebut. Walaupun demikian ilmu pengetahuan menusia tetap berkembang dengan kemajuan teknologi. Dengan salah satu alat pengaman, kawat udara (Overhead Ground Wire) untuk melindungi kawat-kawat fasa dari jaringan transmisi.

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan pada Tuhan, karena berkat, karunia penyertaan serta perlindungan yang diberikan kepada saya sehingga dapat menyelesaikan karya tulis ini dengan baik. Karya tulis ini dapat diselesaikan atas bantuan dari berbagai pihak, untuk itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimah kasih yang sebesarbesarnya kepada seluruh pihak yang telah membantu dalam menyelesaikan karya tulis ini. Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan di dalam penulisan ini yang disebabkan oleh terbatasnya kemampuan penulis, untuk itu masukan dari para pembaca, baik yang berupa saran maupun kritikan yang membangun sangat diharapkan untuk lebih baiknya tulisan ini. Akhir kata penulis mengucapkan semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

DAFTAR ISI

ABSTRAK KATA PENGANTAR DAFTAR ISI BAB I

PENDAHULUAN

1.1 1.2 1.3 1.4

Latar Belakang Masalah Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penulisan

BAB II OVERHEAD GROUNDWIRE

2.1 2.1.1 2.1.2 2.2 2.3

Sistem Perlindungan Petir Sistem Penangkal Petir Dissipation Array Sistem (DAS) Sistem Perlindungan Petir Pada Transmisi Tenaga Listrik Usaha Untuk Meningkatkan Performa Perlindungan

BAB III METODE SEVERITY INDEX

3.1 Aplikasi Metode Severity Index Pada Saluran Transmisi 3.1.1 Relative Frequency Index (Ifreq) 3.1.2 Relative Overvoltage Amplitudo (Iamp) BAB IV PENUTUP

4.1 Kesimpulan 4.2 Saran DAFTAR PUSTAKA

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Masalah

Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik antara awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan mengumpulnya uap air di dalam awan. Ketinggian antara permukaan atas dan permukaan bawah pada awan dapat mencapai jarak sekitar 8 km dengan temperatur bagian bawah sekitar 600 F dan temperatur bagian atas sekitar 600 F. Akibatnya, di dalam awan tersebut akan terjadi kristal-kristal es. Karena di dalam awan terdapat angin ke segala arah, maka kristal-kristal es tersebut akan saling bertumbukan dan bergesekan sehingga terpisahkan antara muatan positif dan muatan negatif. Pemisahan muatan inilah yang menjadi sebab utama terjadinya sambaran petir. Pelepasan muatan listrik dapat terjadi di dalam awan, antara awan dengan awan, dan antara awan dengan bumi tergantung dari kemampuan udara dalam menahan beda potensial yang terjadi. Petir yang kita kenal sekarang ini terjadi akibat awan dengan muatan tertentu menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila muatan di dalam awan bertambah besar, maka muatan induksi pun makin besar pula sehingga beda potensial antara awan dengan bumi juga makin besar. Kejadian ini diikuti pelopor menurun dari awan dan diikuti pula dengan adanya pelopor menaik dari bumi yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah terjadi apa yang dinamakan petir. Panjang kanal petir bisa mencapai beberapa kilometer, dengan rata-rata 5 km. Kecepatan pelopor menurun dari awan bisa mencapai 3 % dari kecepatan cahaya. Sedangkan kecepatan pelepasan muatan balik mencapai10% dari kecepatan cahaya. 1.2

Rumusan Masalah

Mempelajari dan memahami cara/usaha perlindungan terhadap saluran transmisi dari sambaran petir serta bagaimana untuk menentukan titik kritis di sepanjang saluran transmisi.

1.3

Batasan Masalah

Penulisan hanya ingin membicarakan mengenai pengaman pendukung jaringan transmisi tegangan tinggi seperti pembumian untuk penyaluran daya yang berlebih akibat yang ditimbulkan sambaran petir mengenai kawat tanah udara (Overhead Ground Wire) sebagai pelindung(Shielding) jaringan transmisi tegangan tinggi. Penggunaan kawat tanah ditujukan untuk pengaman mengenai kawat fasa. Disini kawat tanah berfungsi sebagai pelindung (Shielding), energi sambaran kilat akan dialirkan kedalam bumi melalui tiang atau menara yang dibumikan setelah lebih dahulu ditangkap oleh kawat tanah tersebut. Kita telah mengetahui bahwa kilat merupakan aspek gangguan yang berbahaya terhadap seluran transmisi yang menggagalkan keandalan dan

keamanan sistem tenaga dan tak mungkin dihindarkan, sedangkan alat-alat pengaman seperti : Arester, Fuse Gap dan Rodgap terbatas kemampuannya, maka untuk mengurangi akibat yang di timbulkan sambaran petir digunkanla kawat tanah udara (overhead ground wire) sehigga koordinasi isolasi akan lebih ekonomis. 1.4

Tujuan Penulisan

Tujuan dari penulisan ini adalah untuk memperoleh pemahaman yang jelas mengenai perlindungan terhadap saluran transmisi dan menentukan titik kritis yang diakibatkan oleh sambaran petir.

\ BAB II OVERHEAD GROUND WIRE 2.1

Sistem Perlindungan Petir

Mengingat kerusakan akibat sambaran petir yang cukup berbahaya, maka muncullah usaha-usaha untuk mengatasi sambaran petir. Teknik penangkal petir pertama kali ditemukan oleh Benyamin Franklin dengan menggunakan interseptor (terminal udara) yang dihubungkan dengan konduktor metal ke tanah. Teknik ini selanjutnya terus dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang efektif. 2.1.1

Sistem Penangkal Petir

Sistem ini menggunakan ujung metal yang runcing sebagai pengumpul muatan dan diletakkan pada tempat yang tinggi sehingga petir diharapkan menyambar ujung metal tersebut terlebih dahulu. Sistem ini memiliki kelemahan di mana apabila sistem penyaluran arus petir ke tanah tidak berfungsi baik, maka ada kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka terhadap medan transien. 2.1.2

Dissipation Array System (DAS)

Sistem ini menggunakan banyak ujung runcing (point discharge) di mana tiap bagian benda yang runcing akan memindahkan muatan listrik dari benda itu sendiri ke molekul udara di sekitarnya. Sistem ini mengakibatkan turunnya beda potensial antara awan dengan bumi sehingga mengurangi kemampuan awan untuk melepaskan muatan listrik. 2.2

Sistem Perlindungan Petir Pada Transmisi Tenaga Listrik

Petir akan menyambar semua benda yang dekat dengan awan. Atau dengan kata lain benda yang tinggi akan mempunyai peluang yang besar tersambar petir. Transmisi tenaga listrik di darat dianggap lebih efektif menggunakan saluran udara dengan mempertimbangkan faktor teknis dan ekonomisnya. Tentu saja saluran udara ini akan menjadi sasaran sambaran petir langsung. Apalagi saluran udara yang melewati perbukitan sehingga memiliki jarak yang lebih dekat dengan awan dan mempunyai peluang yang lebih besar untuk disambar petir. Selama terjadinya pelepasan petir, muatan positif awan akan menginduksi muatan negatif pada saluran tenaga listrik. Muatan negatif tambahan ini akan mengalir dalam 2 arah yang berlawanan sepanjang saluran. Surja ini mungkin akan merusak isolasi saluran atau hanya terjadi pelepasan di antara saluransaluran tersebut. Desain isolasi untuk tegangan tinggi (HV) dan tegangan ekstra tinggi (EHV) cenderung untuk melindungi saluran dari adanya tegangan lebih akibat surja hubung dan surja petir. Untuk tegangan ultra tinggi (UHV), desain isolasi lebih cenderung kepada proteksi terhadap surja hubung. Adanya tegangan lebih ini akan mengakibatkan naiknya tegangan operasi yang tentunya dapat merusak peralatan-peralatan listrik. Dalam hal melindungi saluran tenaga listrik tersebut, ada beberapa cara yang dapat diterapkan. Salah satu cara yang paling mudah adalah dengan

menggunakan kawat tanah (overhead ground wire) pada saluran. Prinsip dari pemakaian kawat tanah ini adalah bahwa kawat tanah akan menjadi sasaran sambaran petir sehingga melindungi kawat phasa dengan daerah/zona tertentu. Overhead groundwire yang digunakan untuk melindungi saluran tenaga listrik, diletakkan pada ujung teratas saluran dan terbentang sejajar dengan kawat phasa. Ground wire ini dapat ditanahkan secara langsung atau secara tidak langsung dengan menggunakan sela yang pendek. Dalam melindungi kawat phasa tersebut, daerah proteksi groundwire dapat digambarkan seperti pada Gambar 1.

Gambar 1. Perlindungan Dengan Menggunakan 1 Ground Wire

Daerah proteksi dengan menggunakan 1 buah ground wire Dari gambar di atas, misalkan ground wire diletakkan setinggi h meter dari tanah. Dengan menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi ground wire terletak di dalam daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi sambaran petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat phasa dibentangkan. Apabila hx merupakan tinggi kawat phasa yang harus dilindungi, maka lebar bx dapat ditentukan dalam 2 kondisi, yaitu : ➢ Untuk hx > 2/3 h , bx = 0,6 h (1 – hx/h) ➢ Untuk hx < 2/3 h , bx = 1,2 h (1 – hx/0,8h) Dalam beberapa kasus, sebuah ground wire dirasa belum cukup untuk memproteksi kawat phasa sepenuhnya. Untuk meningkatkan performa dalam perlindungan terhadap sambaran petir langsung, lebih dari satu ground wire digunakan. Bila digunakan 2 buah ground wire dengan tinggi h dari tanah dan terpisah sejauh s, perhitungan untuk menetapkan zona proteksi petir dilakukan seperti halnya menggunakan 1 buah ground wire.

Gambar 2. Perlindungan Dengan Menggunakan 2 Ground Wire

Zona perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire Dari gambar tersebut, apabila ho menyatakan tinggi titik dari tanah di tengah-tengah 2 ground wire yang terlindungi dari sambaran petir, maka ho dapat ditentukan : ho = h s/4 Sedangkan daerah antara 2 ground wire dibatasi oleh busur lingkaran dengan jari-jari 5/4 s dengan titik pusat terletak pada sumbu di tengah-tengah 2 ground wire. Seperti disebutkan sebelumnya bahwa hadirnya ground wire dimaksudkan sebagai tempat sambaran petir langsung dan dapat melindungi kawat phasa. Zona perlindungan ground wire dapat dinyatakan dengan parameter sudut perlindungan, yaitu sudut antara garis vertikal ground wire dengan garis hubung antara ground wire dan kawat phasa. Jika sudut perlindungan tersebut dinyatakan dalam a dan tinggi ground wire adalah h, maka probabilitas sambaran petir pada ground wire (p) dapat ditentukan sebagai berikut : log p=ah90 -4 Dari persamaan tersebut, terlihat bahwa makin tinggi ground wire dan sudut perlindungan yang besar, akan mengakibatkan probabilitas tersebut meningkat. Untuk itu diperlukan pemilihan tinggi ground wire dan sudut perlindungan yang tepat untuk mendapatkan performa perlindungan yang baik dari sambaran petir. 2.3

Usaha Untuk Meningkatkan Performa Perlindungan

Usaha yang paling mudah untuk meningkatkan performa perlindungan adalah dengan menggunakan lebih dari satu groundwire. Dengan cara ini diharapkan petir akan selalu menyambar pada ground wire sehingga memperkecil probabilitas kegagalan perlindungan. Cara ini dapat disertai dengan menggunakan counterpoise, yaitu konduktor yang ditempatkan di bawah saluran (lebih sering dibenamkan dalam tanah) dan dihubungkan dengan sistem pentanahan dari menara listrik. Hasilnya, impedansi surja akan lebih kecil.

Usaha-usaha lainnya di antaranya : ➢ Memasang couplingwire di bawah kawat phasa (konduktor yang disertakan di bawah saluran transmisi dan dihubungkan dengan sistem pentanahan menara listrik). ➢ Mengurangi resistansi pentanahan menara listrik dengan menggunakan elektroda pentanahan yang sesuai. ➢ Menggunakan arester. Cara yang terakhir ini boleh dikatakan sebagai alat pelindung yang paling baik terhadap gelombang surja. Arester inilah yang terus dikembangkan oleh para ahli untuk mendapatkan performa perlindungan yang makin baik.

BAB III METODE SEVERITY INDEX 3.1

Aplikasi Metode Severity Index Pada Saluran Transmisi Udara

Metode severity index dalam menentukan titik kritis dari saluran udara dapat dilakukan dengan mempertimbangkan faktor letak saluran yang melewati daerah dengan tingkat kerapatan sambaran petir tinggi dan kemampuan menara terhadap sambaran petir. Metode ini dapat diterapkan untuk menentukan titiktitik rawan sepanjang saluran transmisi sehingga dapat mengetahui menara yang harus diperbaiki. Dengan menghitung severity index setiap menara berdasarkan kedua factor tersebut, maka masing-masing menara diurutkan dengan

mempertimbangkan aspek : ➢ Histori gangguan akibat petir disepanjang saluran transmisi ➢ Mengevaluasi kekuatan terhadap tegangan akibat petir di sepanjang isolator pada setiap menara, sesuai dengan parameter menara yaitu: tinggi menara, ketinggian dari permukaan laut, dan pentanahan kaki menara. Metodologi ini menggunakan dua parameter untuk mengevaluasi severity index (ISEV) yaitu Relative Frequency Index (Ifreq) dan Relative Overvoltage Amplitude (Iamp) dengan perkiraan kerapatan sambaran petir pada menara yang diamati dan perkiraan besar tegangan lebih pada menara untuk petir tertentu. Severity index dapat dihitung dengan rumusan sebagai berikut : Isev = Ifreq x Iamp Semakin besar nilai severity index, maka makin besar titik kritis dari menara tersebut. Nilai severity index akan berbanding dengan jumlah isolator pecah pada menara. 3.1.1

Relative Frequency Index (Ifreq)

Index ini menyatakan berapa kali petir melewati menara. Beberapa sambaran yang terjadi di antara menara akan menyebabkan mengalirnya arus petir pada kedua menara. Index relative sambaran yang lewat adalah :

dimana : Ti = menara ke i Ng = kerapatan sambaran petir (sambaran/km2/tahun) n = total menara disaluran Untuk masing-masing menara, index frekuensi relative dikalikan dengan faktor ketinggian (Kalt) yang memasukkan dampak ketinggian dari permukaan tanah (kaki menara) kedalam kejadian kerapatan sambaran petir.

3.1.2

Relative Overvoltage Amplitude (Iamp)

Sebagian besar arus petir yang menyambar diantara menara (span) akan mengalir ke tanah melalui dua menara. Dimana tegangan lebih ini mempunyai hubungan berbanding lurus dengan tegangan puncak menara. Faktor yang mempengaruhi tegangan lebih ini adalah kopling kawat tanah, struktur menara dan kawat konduktor. Dengan asumsi itu dapat dihitung besar tegangan pada puncak menara adalah :

dimana : Ip = arus puncak petir di menara (kA) ZT = impedansi surja menara (Ω) ZG = impedansi surja pertanahan (Ω) t = waktu transit gelombang arus petir di menara tf = waktu muka gelombang arus Ketika tinggi menara dianggap sama, maka waktu transit sehingga persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :

dimana : c = kecepatan propagasi gelombang (300 m/µs) h = tinggi menara (m) Karakteristik relative overvoltage amplitude index diasumsikan untuk setiap menara dengan menggunakan amplitude referensi (VC_TOPpreference) didapat dari persamaan (2.41) dengan asumsi: ➢ Waktu transit didapat dari ketinggian menara rata-rata dibagi waktu propagasi (3x108 m/s). ➢ Impedansi surja menara dianggap rata–rata. ➢ Impedansi surja pertanahan dibatasi pada nilai sepertiga dari rata–rata impedansi surja kawat tanah. ➢ Waktu muka gelombang arus puncak yang mengalir disepanjang menara sama dengan yang digunakan untuk mendapatkan tegangan puncak setiap menara [VC_TOP(Ti)]. Sehingga relative overvoltage amplitude dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

BAB IV PENUTUP 4.1

KESIMPULAN

➢

Seringnya gangguan terhadap jaringan transmisi adalah gangguan alam, seperti seringnya gangguan petir terhadap jaringan transmisi yang disebabkan bangunan jaringan transmisi panjang dan terbesar diberbagai daerah serta dalam segala macam kondisi udara.

➢

Pada pembangunan jaringan transmisi yang sangat perlu diperhatikan adalah perancangan proteksi saluran transmisi terhadap letak kawat fasa.

➢

Pemakaian overhead groundwire dalam saluran transmisi tenaga listrik mempunyai harapan agar sambaran petir tidak mengenai kawat phasa. Luas zona/daerah perlindungan groundwire tergantung dari ketinggian groundwire itu sendiri. Probabilitas kegagalan dalam perlindungan akan

naik dengan makin tingginya groundwire dan besarnya sudut perlindungan. Untuk itu diperlukan pemilihan ketinggian serta sudut perlindungan yang sesuai untuk mendapatkan perlindungan yang baik. ➢ Peningkatan performa perlindungan transmisi tenaga listrik dari sambaran petir yang paling mudah dilakukan dengan menambah jumlah groundwire. Kombinasi pemakaian groundwire dengan peralatan-peralatan lainnya sangat diharapkan untuk memperoleh performa perlindungan yang lebih tinggi di antaranya dengan pemakaian arester yang merupakan alat pelindung modern. ➢

4.2

Pelindung yang paling baik terhadap sambaran petir adalah dengan penggunaan lightning arrester.

SARAN

➢ Konfigurasi kawat transmisi ini harus mendapat perhatian yang lebih besar dan serius.

DAFTAR PUSTAKA