BAB IV
MENENTUKAN KAPASITAS LIGHTNING ARRESTER
4.1 Data-Data Peralatan
Adapun penelitian ini dilakukan pada peralatan-peralatan yang terdapat di Panel distribusi STIP Marunda dengan data-data peralatan sebagai berikut :
1. Data Trafo
Merek : ALSTHOM / FRANCE
TYPE : Outdoor No Seri : 217309-01 Tahun Pembuatan : 1976 Tahun Operasi : 2001 Daya : 100 MVA Frekuensi : 50 Hz Ratio Tegangan : 150/70 kV Ratio Arus : 385 / 825 A Tegangan Impedansi : 17,1%
Coling : OFAN / OFAF
Vektor Group : YD5
BIL : 650 / 325 Kv
Berat Total : 98.000 kg
Berat Minyak : 19.000 kg
2. Data Setelah Busbar
2.1 Arrester
Terdapat tiga buah arrester dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ABB HV Switch Gear
Rated Voltage : 144 Kv
Kelas : 20 kA
Pressure Rellef Current : 65 kA
2.2 Data Trafo Arus ( CT )
Terdapat tiga buah Trafo Arus dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ABB / Sweden
Tegangan Operasi : 150 kV Type : IMBD 170 A2 Standar : IEC 185 Tahun Pembuatan : 1990 BIL : 325 / 750 kV Ratio Arus : 2000 / 5 A Burden : 30 VA Kelas : ALF – F8 / 5P
2.3 Data Pemutus Tenaga ( PMT )
Merek : ABB HV Switch Gear / Sweden
Type : HPL 170 /31A1
Tahun Pembuatan : 1991
Voltage : 170 kV
Arus Hubung Singkat : 40 kA
Standar : IEC 56 Waktu Buka : 0 Waktu Tutup : 3 s Waktu Break : 2 s BIL : 750 / 325 kV Frekuensi : 50 Hz Arus Normal : 3150 A
Media Pemutus : Gas SF6
Massa Gas : 9 kg
• Filling 200C : 0,5 Mpa
• Signal 200C : 0,54 Mpa
• Clocking 200C : 0,54 Mpa
• Volume per pole : 95 L
2.4 Data Pemisah ( PMS )
Terdapat tiga buah PMT dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ABB /Sweden
Type : NSA 170 / 1600 C Tegangan Vn : 170 kV Bil : 750 kV Arus In : 2 kA Arus Terminal : 40 kA Waktu : 1 s
3. Data Sebelum Busbar
3.1 Data Pemutus Tenaga ( PMT )
Merek : ASEA / Sweden
Type : 5422 035 - 10
Working Pressure : 214 lb / in2 1,5 Mpa
Test Preassure : 328 lb / in2 2,3 Mpa
Standar : LLOYD3 Rules CL 3
3.2 Data Arus ( CT )
Terdapat tiga buah CT dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ABB HV Switch Gear / Sweden
Type : IMBD 170A – 4
BIL : 325 / 750 kV
Standar : 185
Tegangan tetinggi sistem : 170 kV
Frekuensi : 50 Hz
Rating Factor : 1,5
3.3 Data Pemisah ( PMS )
Terdapat tiga buah PMS dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ASEA - GENIKI / Greece
Type : NSA 170 – 1250 – B Tegangan Vn : 170 kV BIL : 750 kv Arus Nominal : 1250 A Arus Termal : 30 kA Waktu : 3s
3.4 Data Trafo Tegangan (VT)
Terdapat tiga buah PMS dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ASEA / Sweden
Type : CPEE 170 N – C
Tahun Pembuatan : 1979
Capacitor Voltage Divider
Type : CPSE 170 N –CE
Massa : 220 kg
Intermediate Voltage Transformator
Type : EOCE 24 C
Massa : 275 kg
Rated Voltage : 150 / 3 kV
Highest System Voltage : 170 kV
BIL : 325 / 750 kV
Frekuensi : 50 Hz
3.5 Data Arrester
Terdapat tiga buah Arrester dengan spesifikasi sebagai berikut :
Merek : ASEA Sweden
Tahun Pembuatan : 1976
Rated Voltge : 150 kV
Tabel 4.1 Penetapan Tingkat Isolasi Transformator dan Arrester Tegangan Nominal Sistem/ Spesifikasi 150 kV 66 kV 20 kV Tegangan tertinggi untuk peralatan Pentanahan Netral 170 kV Efektif 72,5 kV Tahanan 24 kV Tahanan Transformator Tegangan-Pengenal (sisi tegangan tinggi) Tingkat Isolasi Dasar (T.I.D) 150 kV 650 kV 66 kV 325 kV 20 kV 125 kV Penangkap Petir Tegangan Pengenal Arus pelepasan Nominal
Tegangan Pelepasan Tegangan percikan denyut muka gelombang (MG) Tegangan percikan denyut estándar Kelas 138 kV 150 kV 10 kA 460 kV 500 kV 530 kV 577 kV 460 kV 500 kV 10 kA Tugas Berat 10 kA Tugas ringan 75 kV 10 kA 5 kA 270 kV 310 kV 370 kV 10 kA Tugas ringan 5 kA Seri A 21 kV 24 kV 5 kA 76 kV 87 kV 88 kV 100 kV 76 kV 87 kV 5 kA Seri A
Tabel 4.2 Harga Maksimum Tegangan Lebih Gelombang Petir Arrester rating kV rms Front steepness FOW kV/ µs
10 kA Light-and heavy-Duty and 5 kA, Serie A Std. kV, peak FOW Kv, peak 1 2 3 4 108 120 126 138 870 940 980 1.030 363 940 420 460 418 463 495 530 150 174 186 198 1.080 1.160 1.180 1.200 500 570 610 649 577 660 702 746
Tabel 4.3 Harga Tegangan tembus gelombang berjalan pada Hantaran Udara
No of Disch Dry FOV kV rms Wet FOV kV rms Impulse FOV
10 11 12 13 14 15 590 640 690 735 785 830 415 455 490 525 565 600 945 1.025 1.105 1.185 1.265 1.345
4.2 Menentukan Tegangan Pengenal Arrester • Sistem 150 kV
• Semua sistem ditanahkan langsung, maka koefisien pentanahannya adalah 0,8
Maka tegangan pengenal arrester adalah :
Ea = (V kerja arrester x Koefisien pentanahan) x 110 % Ea = (150 . 103 x 0,8) x 1,1
= 132 kV
Dari table 4.1 diperoleh harga standar untuk tegangan 150 kV tegangan pelepasan nominal adalah 138 kV.
4.3 Menentukan Arus Pelepasan Arrester • Sistem 150 kV
• Jumlah isolator hantaran adalah 11 buah
• Tegangan gelombang berjalan yang memasuki Gardu adalah 1025 kV (lihat table 4.3)
• Impedansi hantaran adalah 400 Ω
• Tegangan pengenal arrester adalah 150 kV • Kelas 10 kA
• Tegangan pelepasan / tegangan kerja untuk tegangan pengenal 150 kV dan arus 10 kA adalah 500 Kv (lihat table 4.1)
Dengan menggunakan persamaan 3.1, maka dapt diketahui
Dengan kecuraman gelombang adalah :
= 2(E) / Z
= 2 (1025.KV) / 400
= 5,125 kA/
4.4 Koordinasi Untuk Sistem 150 kV
• Tegangan pengenal arrester 150 kV • Kelas 10 kA
• Tingkat Isolasi Dasar trsfo 650 kV • Tegangan kerja 500 kV
Maka :
Tingkat perlindungan arrester dalah : Ea = 500 . 103 x 1,1
= 550 kV
Hal ini berarti koordinasi isolasi terhadap Gardu Induk sudah baik. TID untuk peralatan seperti : CT, PMS, PMT, VT, adalah 650 kV x 1,1 = 725 kV. Maka untuk TID-nya dipilih setingkat lebih tinggi, yaitu 750 kV.
4.5 Menetukan Tegangan Tertinggi yang Tiba di Trafo • Transformator, tegangan 150 kV / 70 kV • TID trafo 650 kV
• Arrester 150 kV • Kelas 10 kA
• Tegangan kerja 500 kV • Jarak trafo ke arrester 30 m
• Gelombang petir untuk sistem 150 KV adalah 1080 kV / µs (lihat table 4.2)
Dengan menggunakan persamaan ( 1 ), dapat diketahui :
Tegangan tertinggi yang tiba di trafo adalah : t = x / v, sehingga Petir mencapai trafo pada = 0,1 µs
Pada trafo gelombang dipantulkan dengan kecuraman 2 x 1080 kV / µs yaitu sebesar 2160 kV / µs. Gelombang ini akan mencapai arrester kembali setelah t = 0,2 µs. Setelah tegangan mencapai 500 kV, arrester bekerja yakni pada t = 0,3 µs. Sementara itu di trafo setelah 0,3 µs adalah : 2160 Kv X 0,3 µs = 648 Kv.
Setelah arrester bekerja, maka gelombang negatif dengan kecuraman 2160 kV / µs dipantulkan kembali ke trafo. Sehingga pada trafo hanya muncul tegangan tertinggi dengan nilai sebesar 648 kV. Ternyata tegangan tertinggi yang terjadi di trafo ini harganya masih dibawah TID dari trafo. Ini bisa dikatakan bahwa arrester masih mampu menahan tegangan lebih petir yang datang dengan gelombang petir yang maksimum.
Jika yang digunakan adalah arrester dengan tegangan pengenal 138 kV, maka tegangan tertinggi yang mungkin tiba di trafo adalah :
• TID trafo 650 kV
• Tegangan kerja untuk tegangan pengenal 138 KV adalah 460 kV (Lihat tabel 4.1)
• Gelombang petir yang terjadi untul tegangan pengenal 138 KV adalah 1030 kV / µs (lihat table 4.2)
Maka :
Tegangan tertinggi yang dapat tiba di trafo adalah : Petir mencapai trafo pada t = 30 / 300 m / µs = 0,1 µs
Pada trafo gelombang dipantulkan dengan kecuraman 2 x 1030 kV / µs yaitu 2060 kV / µs. Gelombang ini akan mencapai arrester kembali setelah t = 0,2 µs. Setelah tegangan ,mencapai 460 kV, arrester bekerja yakni pada
t = 0,3 µs. Sementara itu, tegangan di trafo setelah 0,3 µs adalah : 2060 kV x 0,3 µs = 610 kV. Ternyata arrester 138 kV pun masih mampu menahan tegangan lebih yang terjadi. Ini berarti arrester 138 kV juga baik digunakan untuk memproteksi peralatan, seperti trafo.
4.6 Menentukan Letak yang Paling Baik
• Trafo tenaga dengan tegangan 150 kV / 70 kV • TID 650 kV
• Gelombang terpa 500 kV / µs
• Hantaran udara tembus isolator untuk 11 buah isolator adalah 1025 kV (lihat tabel 4.3)
• Impedansi surja 400 Ω • Tegangan kerja Ea 500 kV • Kecepatan rambat 300m / µs
Dengan menggunakan persamaan (3.4), maka diketahui harga untuk Letak arrester yang paling baik adalah :
Et = Ea + 2. µ. X / v
650 = 500 + 2 (500 X x / 300 650 kV = 500 kV + 2 ( 500kV) I = (650kV – 500kV) X 300 / 100 KV = 45 m
Jadi, arrester akan bekerja secara optimal jika tepasang sejauh 45 m dari trafo.
4.7 Menetukan Baik atau Tidaknya Perlindungan yang Diberikan Arrester Terhadap Trafo
• Tegangan arrester 500 kV
Maka :
Tingkat perlindungan arrester adalah = Ea + 10 % (Ea)
= 500 kV + 0,1 (500 kV) = 550 kV
Factor perlindungannya adalah = 750 kV – 550 kV = 200 kV
Uumnya faktor perlindungan diambil 20% dari TID peralatan. TID peralatan = 20 % x 750 kV
= 150 kV
Karena faktor perlindungan (200 kV) lebih besar dari TID peralatan (150 kV), maka pemilihan arrester dengan tegangan pengenal 150 kV sudah baik, Karena sudah dapat memberikan factor perlindungan yang baik.
Pada analisa perhitungan, didapat tegangan pengenal arrester sebesar 132 kV. Sedangkan arrester yang terpasang di lapangan adalah arrester dengan tegangan pengenal 150 kV. Ini jelas bahwa arrester yang terdapat di lapangan sudah memenuhi standar. Sebenarnya kalau mau ekonomis lagi bisa dipasang arrester dengan tegangan pengenal 138 kV. Karena arrester 138 kV juga sudah bisa dikatakan baik dan memenuhi standar (lihat table 4.1).
Arrester dengan tegangan pengenal 150 kV mampu bekerja dengan arus pelepasan sebesar 3,875 kA. Arrester ini juga mampu menahan arus petir dengan kecuraman 5,125 kA / µs. Dengan kecuraman gelombang tersebut maka kelas dari arrester yang harus dipasang adalah arrester dengan kelas 10 kA. Karena jika yang dipasang adalah arrester 5 kA, maka arrester itu tidak akan mampu menahan kecuraman dari arus surja.
Dalam hal koordinasi isolasi, peralatan proteksi lainnya harus mampunyai TID yang memenuhi standar supaya bisa memproteksi sistem tenaga. Karena dengan koordinasi yang baik, maka gangguan yang mungkin terjadi pada sistem tenaga bisa diproteksi, sehingga penyaluran
daya terus berlangsung. Umumnya dalam hal mentukan TID dari peralatan proteksi adalah dengan menggunakan TID dari trafo sebagai pedoman dalam membuat tegangan tertinggi pada peralatan proteksi tersebut dengan dikalikan 110%. Jadi, TID yang harus dimiliki oleh peralatan proteksi lainnya adalah 110 % x 650 kV. Ternyata TID yang terdapat pada peralatan proteksi lainnya pun sudah memenuhi standar.
Fungsi utama arrester adalah melindungi trafo, karena dilihat dari segi penyaluran daya dan ekonomisnya trafo merupakan alat yang paling penting dan paling mahal.jika arrester tidak mampu menahan tegangan maksimum yang mungkin terjadi, maka akan menimbulkan kerusakan pada trafo yang mengakibatkan terputusnya penyaluran daya. Jika suatu gelombang berjalan menuju trafo, terjadi pantulan total dan gelombang ini kembali ke kawat dengan polaritas yang sama, maka waktu yang dibutuhkan oleh gelombang berjalan tersebut untuk merambat kembali ke arrester adalah
Pada awal bab IV ini bisa dilihat dari data peralatan yang digunakan bahwa di Gardu Induk STIP Marunda, ternyata arrester tidak hanya dipasang sebelum Gardu Induk, tetapi juga dipasang sebelum trafo. Arrester yang dipasang sebelum trafo ini mempunyai kelas 20 kA. Dilihat dari segi keandalannya, arrester 20 kA ini mempunyai keandalan yang tinggi, karena jika arrester 10 kA gagal memproteksi gangguan yang terjadi, maka trafo akan tetap aman karena terlindungi oleh arrester 20 kA ini. Jadi, perlindungan terhadap gangguan petir yang mungkin terjadi pada Gardu Induk STIP Marunda ini bisa dikatakan sangat baik.
