BAB II TINJAUAN PUSTAKA

7 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Jaringan Distribusi

Jaringan distribusi merupakan saluran tahap akhir yang menyalurkan listrik dari jaringan transmisi menuju ke beban. Jaringan distribusi merupakan bagian jaringan listrik yang paling dekat dengan masyarakat. Jaringan distribusi dikelompokkan menjadi dua, yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Sistem Jaringan Distribusi Primer disebut Jaringan Tegangan Menengah (JTM) disebut juga tegangan menengah, yaitu jaringan yang menghubungkan gardu induk dengan gardu distribusi yang biasanya menggunakan tegangan distribusi 6 kV, 7 kV, 12 kV, 20 kV. Jaringan Distribusi Primer atau JTM merupakan fasa-tiga sedangkan jaringan distribusi sekunder atau Jaringan Tegangan Rendah (JTR) merupakan fasa-tunggal dan fasa-tiga dengan empat kawat. Di Indonesia umumnya tegangan yang digunakan pada sistem distribusi jaringan tegangan rendah adalah 380/220 volt [6].

Gambar 2.1 Proses Penyaluran Sistem Tenaga Listrik 2.1.1 Sistem Operasi Jaringan Distribusi

Sistem operasi jaringan distribusi merupakan bagian dari sistem

tenaga listrik secara keseluruhan, sistem distribusi ini berguna untuk

menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya besar (Bulk Power Source)

sampai kekonsumen. Pada umumnya sistem distribusi tenaga listrik di

Indonesia terdiri atas beberapa bagian, sebagai berikut :

8 1. Gardu Induk (GI)

2. Jaringan Tegangan Menengah (TM) / Distibusi Primer 3. Gardu Distribusi (GD)

4. Jaringan Tegangan Rendah (TR) / Distribusi Sekunder Gardu induk akan menerima daya dari jaringan transmisi kemudian menyalurkannya melalui jaringan distribusi primer menuju gardu distribusi.

Sistem jaringan distribusi terdiri dari dua bagian yaitu jaringan distribusi primer dan jaringan distribusi sekunder. Jaringan distribusi primer umumnya bertegangan menengah 20 kV. Tegangan tersebut kemudian diturunkan oleh transformator distribusi pada gardu distribusi menjadi tegangan rendah (220/380 volt) untuk selanjutnya disalurkan kepada konsumen melalui jaringan distribusi sekunder [7].

2.1.2 Sistem Distribusi Radial

Bentuk jaringan ini merupakan bentuk yang paling sederhana, banyak digunakan dan murah. Dinamakan radial karena saluran ini ditarik secara radial dari suatu titik yang merupakan sumberdari jaringan itu dan dicabang – cabangkan ke titik – titik beban yang dilayani.

Gambar 2.2 Sistem Tenaga Listrik

9 Gambar 2.3 Sistem Distribusi Radial Catu Daya

berasal dari satu titik sumber dan karena adanya pencabangan – pencabangan tersebut, maka arus beban yang mengalir disepanjang saluran menjadi tidak sama sehingga luas penampang konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak sama sehingga luas penampamg konduktor pada jaringan bentuk radial ini ukurannya tidak sama karena arus yang paling besar mengalir pada jaringan yang paling dekat dengan gardu induk. Sehingga saluran yang paling dekat dengan gardu induk ini ukuran penampangnya relatif besar dan saluran cabang – cabangnya makin ke ujung dengan arus beban yang lebih kecil mempunyai ukuran konduktornya lebih kecil pula. Spesifikasi dari jaringan bentuk radial ini adalah :

1. Bentuknya sederhana.

2. Biaya inverstasinya murah

3. Kualitas pelayanan dayanya relatif jelek, karena rugi tegangan dan rugi daya yang terjadi pada saluran relatif besar.

4. Kontinuitas pelayanan daya kurang terjamin sebab antara titik

sumber dan titik beban hanya ada satu alternatif saluran sehingga bila

saluran tersebut mengalami pemadaman total, yaitu daerah saluran

sesudah atau dibelakang titik gangguan selama gangguan belum

teratasi. Untuk melokalisisr gangguan pada bentuk radial ini biasanya

dilengkapi dengan peralatan pengaman, fungsinya untuk membatasi

daerah yang mengalami pemadaman total, yaitu daerah saluran

10 sesudah atau dibelakang titik gangguan selama gangguan belum teratasi [8].

2.1.3 Gangguan pada Jaringan Distribusi Tenaga Listrik

Dalam operasi sistem tenaga listrik sering terjadi gangguan yang dapat mengakibatkan terganggunya penyaluran tenaga listrik ke konsumen. Gangguan adalah suatu keadaan dari sistem penyaluran tenaga listrik yang menyimpang dari keadaan normal.

Berdasarkan ANSI/IEEE Std 100-1992 gangguan didefinisikan sebagai suatu kondisi fisis yang disebabkan kegagalan suatu perangkat, komponen atau suatu elemen untuk bekerja sesuai dengan fungsinya. Hubung singkat ialah suatu hubungan abnormal (termasuk busur api) pada impedansi yang relatif rendah terjadi secara kebetulan atau disengaja antara dua titik yang mempunyai potensial yang berbeda. Pada dasarnya gangguan yang sering terjadi pada sistem distribusi saluran 20 kV menjadi dua macam yaitu gangguan dari dalam sistem dan gangguan dari luar sistem. Gangguan yang berasal dari dalam sistem dapat berupa kegagalan dari fungsi peralatan jaringan, kerusakan dari peralatan jaringan dan kerusakan dari peralatan pemutus beban. Gangguan yang berasal dari luar sistem dapat disebabkan oleh sentuhan pohon atau ranting pada penghantar, sambaran petir, manusia, binatang, cuaca dan lain-lain. Jenis gangguan yang terjadi pada jaringan distribusi dapat dibagi menjadi 2, yaitu :

a. Dari lama gangguan :

1. Gangguan permanen (dapat disebabkan oleh kerusakan peralatan, gangguan baru akan hilang setelah kerusakan diperbaiki).

2. Gangguan temporer (gangguan yang tidak akan lama dan dapat normal atau hilang dengan sendirinya yang disusul dengan penutupan kembali peralatan hubungnya).

b. Dari jenis gangguan :

1. Gangguan satu fasa ke tanah

2. Gangguan dua fasa ke tanah

11 3. Gangguan fasa ke fasa

4. Gangguan tiga fasa ke tanah 2.1.4 Gangguan Hubung Singkat

Gangguan hubung singkat adalah gangguan yang terjadi karena adanya kesalahan antara bagian-bagian yang bertegangan dapat penyebabkan terjadinya arus yang sangat besar, sehingga dapat merusak peralatan listrik yang ada di sekitar titik gangguan. Dari jenis gangguannya : 1. Gangguan Satu Fasa ke Tanah 2.

Gangguan Fasa-Fasa 3. Gangguan Tiga Fasa [9].

2.2 Arrester

2.2.1 Pengertian Arrester

Arrester adalah sistem proteksi listrik yang atau alat pengaman instalasi dari gangguan tegangan lebih akibat petir (Lightning Surge) atau akibat hubung singkat (switching surge) [10].

2.2.2 Bagian-bagian Arrester

Gambar 2.4 Penampang Arrester

ELEKTRODA TERMINAL TAHANAN KATUP PENGATURAN TEGANGAN SELA PERCIKAN DENGAN SISTEM

PEGAS PENAHAN KONTAK

ELEKTRODA/TERMINAL ARUS

12 Beberapa bagian penting dari sebuah arester yaitu:

1. Elektroda

Elektroda adalah terminal dari arester yang dihubungkan dengan bagian yang bertegangan di bagian atas, dan elektroda bawah

dihubungkan dengan tanah.

2. Sela Percikan

Apabila terjadi tegangan lebih yang diakibatkan oleh sambaran petir atau surja hubung pada arester yang terpasang, maka pada sela percikan (spark gap) akan terjadi loncatan busur api dan ditiup keluar oleh tekanan gas yang di timbulkan oleh tabung fiber yang terbakar.

3. Tahanan Katup

Tahanan yang digunakan dalam arester ini adalah suatu jenis material yang sifat tahanannya dapat berubah apabila mendapatkan perubahan tegangan.

2.2.3 Cara Kerja Arrester

Arrester akan membuang kelebihan tegangan listrik ke pembumian.

Dalam keadaan normal, arrester akan berfungsi sebagai isolator listrik.

Prinsip kerja arrester yaitu pada saat petir menyambar jaringan listrik, tegangan listrik akan melonjak besar.Hal ini membuat dua logam pada arrester akan bekerja saling terhubung dan menyalurkan arus listrik (sebagai konduktor). Namun fungsi konduktor ini tidak akan mengenai sistem kelistrikan yang ada karena salah satu kutub itu akan meneruskan ke tempat pembumian. Pembuatan tempat pembumian harus bagus dengan nilai tahanan yang kecil sehingga tidak mengganggu kinerja arrester. Dengan demikian adanya tegangan lebih atau surge tidak akan merusak peralatan listrik, dan dengan tanpa memutuskan arus listrik sedikitpun [11].

2.2.4 Karakteristik Lightning Arrester

13 Karakteristik standar yang dimiliki Lightning Arrester antara lain :

1. Arrester mempunyai batasan termis yaitu kemampuannya untuk melewatkan arus surja dalam durasi yang lama dan berulang-ulang.

2. Karakteristik arrester yang memiliki tahanan yang tidak linier,

sehingga arrester akan bekerja berdasarkan tahanan tidak linier

tersebut. Ketika arrester bekerja tahanan tersebut akan mengalami

penurunan nilai tahanan sehingga arrester berubah menjadi

konduktor, namun pada saat tidak bekerja tahanan arrester bernilai

besar sehingga sifatnya isolator.

14 3. Arester harus memiliki kemampuan untuk melepaskan tegangan lebih

dengan mengalirkan arus surja ketanah tanpa merusak arrester itu sendiri.

4. Arrester juga harus mampu dalam memutuskan arus surja apabila terjadi arus susulan.

2.2.5 Jenis-jenis Arrester

Jenis Arrester Arrester umumnya terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

1. Arrester dengan celah udara (Gapped Arrester/ Conventional)

Arrester dengan celah udara dibentuk dari dua buah lempeng bercelah , Celah ini biasanya diisi dengan gas CO atau Udara bebas, dirancang agar jika timbul percikan listrik meloncat ke lempeng sebelahnya.

Gambar 2.5 Arrester dengan celah udara

2. Arrester tanpa celah udara / Metal Oxide (Gapless Arrester)

Arrester Celah Metal Okside Varistor adalah suatu komponen

elektronik mirip Capasitor. Komponen Varistor sering kali digunakan

untuk pengaman sirkuit, Material celah Metal Okside Varistor akan

shunt arus bila ada tegangan yang melebihi ambang ketebalan yang

mampu di tahan. Dengan Shunt arus, saat ada kelebihan tegangan akan

menghasilkan pemfilteran tegangan yang diparalelnya, arrester jenis

ini menghasilkan lebih halusnya tegangan yang mengalir [12].

15 Gambar 2.6 Arrester tanpa celah udara

2.3 Transformator

Transformator atau trafo berfungsi untuk menyalurkan daya listrik dengan menaikkan atau menurunkan tegangan di Gardu Induk. Dari jumlah belitannya, ada dua macam trafo yaitu trafo 1 phasa dan trafo 3 phasa.

Kapasitas dasar transformator dipilih sama dengan daya dasar (rated output) generator (kVA). Tegangan primer biasanya dipilih 5% dibawah tegangan dasar generator. Namun, dalam beberapa hal, khususnya untuk transformator yang dihubungkan dengan kawat transmisi tegangan tinggi sekali (extra-high voltage) maka, karena faktor daya mungkin sama dengan 1,0 atau bahkan mendahului (leading), tegangan primer dipilih sama dengan tegangan generator. Pemakaian sistem pengaturan tegangan dengan cara mengatur tegangan generator. Ketika terjadi gangguan abnormal/tegangan lebih (over voltage) yang diakibatkan oleh sambaran petir (lightning impulse) dan surja hubung (switching) maka dalam memberikan perlindungan terhadap transformator harus dalam kondisi yang optimal sehingga dalam pendistribusian energi listrik ke beban dapat berjalan dengan semestinya.

Transformator tenaga (step down) dapat

menurunkan tegangan yang berasal dari saluran transmisi 150 kV hingga

menjadi 20 kV dan selanjutnya akan diturunkan kembali tegangannya

menggunakan transformator step-down distribusi jaringan tegangan

menengah 20 kV ke jaringan tegangan rendah 380/220 volt [13].

16 Gambar 2.7 Gardu Tiang Trafo

2.4 Gangguan petir pada Gardu Induk

Terjadinya petir diawali karena adanya awan bermuatan di atas bumi.

Ketika terjadi kelembaban udara dan adanya gerakan udara keatas maka akan terjadinya pembentukan awan bermuatan. Adanya pengaruh sinar matahari menimbulkan kelembaban udara yang kemudian akan menyebabkan penguapan air. Kemudian dari uap air tersebut naik ke atas (up draft). Proses up draft yang terjadi terus menerus akan membentuk awan bermuatan.

Berikut ditunjukkan ilustrasi sambaran petir dari awan ke bumi [14].

Gambar 2.8 Sambaran Petir Dari Awan Ke Bumi

Setelah timbul awan bermuatan, selanjutnya kristal-kristal es yang

17 terdapat pada awan bermuatan tersebut saat terkena angin akan mengalami gesekan sehingga muatan pada kristal es tidak menjadi netral seperti sebelumnya, maka pada awan tersebut terdapat muatan positif (+) dan negative (-). Muatan positif pada awan berkumpul dibagian atas awan, sedangkan muatan negatif berada dibagian bawah awan. Permukaan bumi dianggap memiliki muatan positif sehingga muatan-muatan negatif yang berada di awan akan tertarik menuju muatan positif yang berada di bumi.

Saat terjadi proses pengaliran muatan dari awan ke bumi ini yang kemudian disebut sebagai petir.

2.4.1 Gelombang Berjalan Saluran Transmisi

Bagian terbesar dari studi mengenai gangguan pada saluran transmisi adalah teori gelombang berjalan, sumber – sumber gelombang berjalan antara lain sambaran kilat secara langsung pada kawat transmisi, sambaran tidak langsung atau sambaran induksi, operasi pemutusan atau switching, gangguan arus ke tanah. Semua sebab – sebab tersebut menimbulkan surja pada kawat transmisi, yaitu surja tegangan dan arus, dari sudut energi, dapat dikatakan surja pada kawat disebabkan

bertambahnya energi listrik yang disalurkan secara tiba – tiba pada kawat transmisi. Energi ini merambat pada kawat yang berupa rambatan arus dan tegangan. Kecepatan merambat gelombang berjalan tergantung dari konstanta konstanta kawat, pada kawat udara kecepatan merambat ini kira-kira 300 meter permikro detik jadi kecepatannya sama dengan kecepatan cahaya, sedang pada kabel tanah kira-kira 150 meter permikro detik.

2.4.2 Gelombang sambaran Petir

Gelombang yang disebabkan oleh sambaran petir (surja

petir) ini dapat terjadi karena berbagai macam sebab berdasarkan

dengan jenis sambaran petirnya, antara lain :

18 a. Sambaran langsung Sambaran langsung merupakan

jenis sambaran yang mengenailangsung peralatan pada gardu induk atau sepanjang kawat hantarantransmisi daya listrik. Sambaran ini merupakan sambaran yang palaing hebatdi antara gelombang berjalan lainnya yang datang ke GI. Hal ini dikarenakan sambaran tersebut menyebabkan tegangan lebih (overvoltage) yang sangat tinggi dan tidak memungkinkan dapat ditahan oleh isolasi yang ada.

b. Sambaran induksi Sambaran induksi merupakan jenis sambaran yang terjadi apabila awan petir (thunder cloud) ada di atas peralatan yang berisolasi. Awan tersebut akan menginduksikan muatan listrik dalam jumlah besar dengan polaritas yang berlawanan dengan awan petir tersebut. Ini akan menimbulkan muatan terikat (bound charges). Bila terjadi pelepasan muatan dari awan petir tersebut maka muatan terikat tersebut kembali bebas dan terjadi gelombang berjalan yang besarnya tergantung pada keadaan pelepasannya.

Meskipun tegangan induksi itu berubah-ubah

tergantung dari pelepasannya, kebanyakan

19 besarnya tidak terlalu berbahaya bagi peralatan tegangan tinggi, meskipun sambaran induksi merupakan ancaman bagi peralatan distribusi.

c. Sambaran dekat Sambaran dekat merupakan gelombang berjalan yang datang ke Gardu Induk dari sambaran petir pada saluran transmisi, jarak dari sambaran ini hanya bebrapa kilometer dari gardu induk. Besarnya dibatasi oleh tegangan lompatan dari dari isolator saluran itu bila rambatannya sepanjang saluran melalui beberapa tiang.

d. Sambaran jauh Sambaran ini terjadi jika perisaian (shielding) dari gardu induk dan saluran transmisinya cukup baik, gelombang tegangan yang mungkin datang ke gardu induk adalah dari sambaran petir yang jauh.

Gelombang berjalan yang jauh ini dapat berasal dari sambaran langsung pada saluran, dari sambaran induksi, maupun dari sambaran lompatan balik (back flashover) dari tiang [15].

2.4.3 Tegangan Abnormal dengan frekuansi rendah

Tegangan abnormal dengan frekuensi rendah ini dapat disebabkan karena efek peralatan tegangan tinggi seperti : a. Penguatan sendiri dari generator

b. Tegangan yang terjadi akibat beban lepas c. Tegangan abnormal karena lepas sinkron

d. Tegangan abnormal akibat hilang gangguan satu fasa ke tanah

pada sistem dengan pembumian, atau pada sistem dengan

pembumian yang mempunyai saluran transmisi pada satu tiang

bersama-sama dengan sistem yang lain yang mengalami

gangguan satu fasa ke tanah. Meskipun banyak macamnya,

20 tetapi pada umumnya tegangan abnormal yang terjadi pada sistem tenaga listrk diperkirakan tidak sehebat surja petir dan surja hubung, namun karena tegangan abnormal frekuensi rendah ini umumnya berlangsung lebih dari beberapa puluh milli detik, tegangan ini sukar terdeteksi oleh arester. Yang penting adalah mengusahakan agar tegangan abnormal frekuensi rendah yang terjadi pada sistem dapat serendah mungkin, karena perkiraan nilai tegangan abnormal ini merupakan dasar utama dalam penentuan tegangan dasar (rated voltage) dari arester. Tegangan dasar dipilih berdasarkan tegangan lebih dari fasa yang sehat pada saat ada gangguan satu fasa ke tanah.

2.4.4 Perhitungan Tegangan Arrester

Tegangan dasar arrester ditentukan berdasarkan tegangan sistem maksimum yang mungkin terjadi. Tegangan ini dipilih berdasarkan kenaikan tegangan dari fasa-fasa yang normal pada waktu ada gangguan 1 fasa ke tanah ditambah suatu toleransi.

Dalam menentukan tegangan dasar arrester dapat ditunjukkan dengan persamaan sebagai berikut:

Er = 𝛼 𝛽 Um

...

(1) Keterangan:

𝐸𝑟 = Tegangan dasar arrester (kV) 𝛼 = Koefisien pembumian

𝛽 = Toleransi guna memperhitungkan fluktuasi tegangan, effek ferranti, dan sebagainya

𝑈𝑚 = Tegangan sistem maksimum (kV)

Koefisien α menunjukkan kenaikan tegangan

dari fasa yang normal pada waktu ada gangguan

21 1 fasa ke tanah, tergantung dari impedansi- impedansi urutan positif, negatif dan nol dilihat dari titik gangguan [16].

2.5 Matlab

Matlab merupakan bahasa pemprograman tingkat tinggi yang dikembangkan oleh MathWorks dan dikhususkan untuk komputasi numerik, visualisasi dan pemrograman. Dengan memanfaatkan Matlab, pengguna dapat melakukan analisis data, mengembangkan algoritma dan membuat model maupun aplikasi.

Simulink pada Matlab adalah salah satu fitur dari Matlab untuk mensimulasi suatu desain atau model yang bersifat dinamis ataupun tertanam, simulasi ditujukan untuk mengukur kinerja dari suatu desain atau model sistem yang telah dirancang yang sesuai hasil yang di inginkan.

Gambar 2.9 Simulasi Aplikasi Matlab

Simulasi merupakan alat yang tepat untuk digunakan terutama

jika diharuskan untuk melakukan eksperimen dalam rangka mencari

komentar terbaik dari komponen-komponen sistem. Hal ini

dikarenakan sangat mahal dan memerlukan waktu yang lama jika

eksperimen dicoba secara riil. Dengan melakukan studi simulasi

maka dalam waktu singkat dapat ditentukan keputusan yang tepat

serta dengan biaya yang tidak terlalu besar karena semuanya cukup

22 dilakukan dengan computer [17].

2.6 Gardu Induk

2.6.1 Pengertian Dan Fungsi Gardu Induk

Gardu induk di sebut juga gardu unit pusat beban yang merupakan gabungan dari transformer dan rangkaian switchgear yang tergabung dalamsatu kesatuan melalui sistem kontrol yang saling mendukung untuk keperluan operasional. Pada dasarnya gardu induk bekerja mengubahtegangan yang dibangkitkan oleh pusat pembangkit tenaga listrik menjaditenaga listrik menjadi tegangan tinggi atau tegangan transmisi dansebaliknya mengubah tegangan menengah atau tegangan distribusi. Gardu Induk juga merupakan sub sistem dari sistem

penyaluran (transmisi) tenaga listrik, atau merupakan satu kesatuan dari sistem penyaluran (transmisi).

Penyaluran (transmisi) merupakan sub sistem dari sistem tenaga listrik. Berarti, gardu induk merupakan sub-sub sistem dari sistem tenaga listrik. Sebagai sub sistem dari sistem penyaluran (transmisi), gardu induk mempunyai peranan penting, dalam pengoperasiannya tidak dapat dipisahkan dari sistem penyaluran

(transmisi) secara keseluruhan [18].

Fungsi gardu distribusi adalah sebagai pembagi, pemutus, penghubung, pengontrol dan proteksi sistem penyaluran tenaga listrik. Pada Gardu Induk terdapat transformator tenaga sebagai penurun tegangan, komponen pengukur, komponen proteksi, dan pensaklaran.

2.6.2 Gangguan Pada Gardu Induk

Beberapa gangguan yang terjadi pada Gardu

23 Induk (GI) antara lain:

1. Gangguan Tanah Pada gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus

mengalir ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian – bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar gardu induk.

Gangguan dalam gardu induk, sistem dibumikan pada gardu induk dan juga pada titik yang lain Dalam menentukan jenis gangguan, pertimbangan utama adalah kemungkinan terjadinya suatu jenis gangguan tanah.

2. Gangguan Alam Kondisi eksternal terutama akibat adanya sambaran petir. Petir terjadi disebabkan oleh terkumpulnya muatan listrik, yang mengakibatkan bertemunya muatan positif dan negatif.pertemuan ini berakibat terjadinya beda tegangan antara awan bermuatan posisif dengan muatan negatif, atau awan bermuatan positif atau negatif dengan tanah.

Bila beda tegangan ini cukup tinggi maka akan terjadi loncatan muatan listrik dari awan ke awan atau dari awan ke tanah. Jika ada menara (tiang) listrik yang cukup tinggi maka awan bermuatan yang menuju ke bumi ada kemungkinan akan menyambar menara atau kawat tanah dari saluran transmisi dan mengalir ke tanah melalui menara- dan tahanan pentanahan menara. Bila arus petir ini besar, sedangkan tahanan tanah menara kurang baik maka kan timbul tegangan tinggi pada menaranya.

Keadaan ini akan berakibat dapat terjadinya

24 loncatan muatan dari menara ke penghantar fase.

3. Beban Lebih (Over Load) Beban lebih merupakan gangguan yang terjadi akibat konsumsi energi listrik melebihi energi listrik yang dihasilkan pada pembangkit. Gangguan beban lebih sering terjadi terutama pada generator dan transfornator daya.

Ciri dari beban lebih adalah terjadinya arus lebih pada komponen.

Arus lebih ini dapat menimbulkan pemanasan yang berlebihan sehingga bisa menimbulkan

kerusakan pada isolasi. Pada tarnsformator distribusi sekunder yang menyalurkan energi listrik pada konsumen akan memutuskan aliran melalui relai beban lebih jika konsumsi tenaga listrik oleh konsumen melebihi kemampuan transformator tersebut. Gardu induk sebagai komponen sistem tenaga listrik memegang peranan penting pada kontinuitas suplai tenaga listrik kepada konsumen.

Dengan semakin bertambahnya permintaan konsumen listrik maka semakin besar pula beban listrik yang ditanggung oleh gardu induk.

Apabila beban listrik yang ditanggung oleh gardu induk lebih besar dari kapasitas gardu induk maka gardu induk akan mengalami overload yang

berakibat suplai listrik ke konsumen terhenti. Untuk

mengatasi hal ini maka perlu dilakukan perencanaan

pengembangan kapasitas gardu induk Pada

25 perencanaan pengembangan kapasitas gardu induk ini dilakukan dengan memperkirakan pertumbuhan beban yang akan datang melalui suatu peramalan beban. Hal ini dimaksudkan agar pengembangan kapasitas gardu induk yang direncanakan harus menjangkau

kemungkinan pertumbuhan beban untuk masa-masa yang akan datang. Dengan demikian diharapkan adanya keserasian dan kontinuitas dari perencanaan dan pertumbuhan beban.

4. Gangguan Pada Transformator Dalam Gardu Induk.

Hal ini biasanya disebabkan karena ada kerusakan pada transformator, seperti kerusakan bushing, kerusakan kontak tap changer atau ada kumparan yang terbakar.

Busing merupakan salah satu bagian yang terpasang dari transformator. Busing dirancang untuk mengisolasi konduktor ujung kumparan yang keluar dari tangki tarnsformator sehingga terisolasi dari tangki dan bagian-bagian lainnya.

Kerusakan bushing pada transformator dapat

mengakibatkan meledaknya gardu induk, seperti yang terjadi pada gardu induk ekstra tegangan tinggi di Kuningan.

5. Hubung Singkat Hubung singkat adalah terjadinya hubungan penghantar bertegangan atau penghantar tidak bertegangan secara langsung tidak melalui media (resistor/beban) yang semestinya sehingga terjadi aliran arus yang tidak normal (sangat besar).

Hubung singkat merupakan jenis gangguan yang

sering terjadi pada sistem tenaga listrik, terutama pada

26 saluran udara 3 fase.

Meskipun semua komponen peralatan listrik selalu diisolasi dengan isolasi padat, cair (minyak), udara, gas, dan sebagainya. Namun karena usia pemakaian,

keausan, tekanan mekanis, dan sebab-sebab lainnya, maka kekuatan isolasi pada peralatan listrik bisa

berkurang atau bahkan hilang sama sekali. Hal ini akan mudah menimbulkan hubung singkat.

Pada beban isolasi padat atau cair, gangguan hubung singkat bisanya mengakibatkan busur api sehingga menimbulkan kerusakan yang tetap dan gangguan ini disebut gangguan permanen (tetap).

Pada isolasi udara yang biasanya terjadi pada saluran udara tegangan menengah atau tinggi, jika terjadi busur api dan setelah padam tidak menimbulkan kerusakan, maka gangguan ini disebut gangguan temporer (sementara). Gangguan hubung singkat yang sering terjadi pada sistem tenaga listrik 3 fase sebagai berikut.

1) satu fase dengan tanah 2) fase dengan fase 3) 2 fase dengan tanah

4) Fase dengan fase dan pada waktu bersamaan dari fase ke 3 dengan tanah

5) 3 fase dengan tanah

6) Hubung singkat 3 fase Empat jenis gangguan pertama

menimbulkan arus gangguan tidak simetris (unsymetrical

short- circuit). Sedangkan dua jenis gangguan terakhir

menimbulkan arus gangguan hubung singkat simetris

27 (symtrical short-cirt cuit).

2.7 Data Pengenal Arrester 2.7.1 Tegangan Pengenal

(Nominal voltage Arrester) adalah tegangan dimana arrester masih dapat bekerja sesuai dengan karakteristiknya. Arrester tidak dapat bekerja pada tegangan maksimum sistem yang direncanakan, tetapi mampu memutuskan arus ikutan dari sistem secara efektif. Tegangan pengenal dari arrester harus lebih tinggi dari tegangan fasa sehat ke tanah, jika tidak demikian maka arrester akan melewatkan arus ikutan sistem terlalu besar yang menyebabkan arrester rusak akibat beban lebih termis (thermal overloading). Tegangan tertinggi sebagai berikut:

1) Tegangan sistem tertinggi (sistem highest voltage), umumnya diambil harga 110% dari harga tegangan nominal sistem.

2) Koefisien pentanahan didefenisikan sebagai pebandingan antara tegangan rms fasa sehat ketanah dalam keadaan gangguan pada tempat dimana arrester dipasang, dengan tegangan rms fasa ke fasa tertinggi dari sistem dalam keadaan tidak ada gangguan. Jadi tegangan pengenal dari arrester (arrester rating) adalah tegangan rms fasa ke fasa x 1.10 x koefisien pentanahan.

3) Sistem yang ditanahkan langsung koefisien pentanahannya 0.8. arrester

ini disebut arrester 80%. Sistem yang tidak ditanahkan langsung

koefisien pentanahannya 1,0. Arrester ini disebut arrester 100%.

28 2.7.2 Arus Peluahan Nominal

Adalah arus pelepasan dengan harga puncak dan bentuk gelombang tertentu yang digunakan untuk menentukan kelas dari arrester sesuai dengan kemampuannya melewatkan arus dan karakteristik perlindungannya melewatkan arus dan karakteristik perlindungannya. 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:

a. 10 kA, 10/20 µs: digunakan pada gardu induk, gardu yang berada dikawasan yang sering terjadi petir dan sitem bertegangan 66 kV.

b. 5 kA, 10/20 µs: digunakan pada gardu bertegangan ≤66 kV.

c. 2,5 kA, 10/20 µs: digunakan pada sistem bertegangan ≤22 kV.

d. 1,5 kA, 10/20 µs: digunakan pada sistem distribusi bertegangan

≤22kV

2.8 Peristiwa Tembus Pada Bahan Isolasi

Peristiwa tembus dapat diartikan pada peristiwa berubahya susunan

partikel atom bahan isolasi sedimikian rupa sehingga bahan nonkonduktor

berubah sifat menjadi konduktor. Jadi dalam keadaan tembus, isolasi sudah

tidak berfungsi lagi untuk mengisolasi Alat-alat bermuatan listrik terhadap

kebocoran arus ke sekelilingnya.

29 Tembus pada isolasi di sebabkan tingginya tegangan yang dikenakan pada isolasi, dimana tegangan ini lebih besar dari kekuatan tegangan tembus isolasi bahan digunakan. Pada bahan isolasi padat, tembus dapat terjadi tepat pada tengah isolator yang disebut tembus langsung (break down), melalui permukaan yang disebut flashover, dan melalui bagian samping isolator yang disebut tembus samping.

Ada tiga gejala tembus pada bahan isolasi padat, yaitu : . 1. Intristik Breakdown

Terjadi jika kuat medan E sedimikian tinggi sehingga ionisasi menyebabkan pelepasan muatan.

2. Thermal breakdown

Kenaikan temperature menyebabkan terjadinya pemanasan berlebihan pada bahan isolasi sehingga tahanan isolasi bahan menurun.

3. Tembus erosi

Penggunaan isolasi yang terlalu lama mengakibatkan terjadinya perubahan kimiawi pada isolasi daya tahan bahan menurun yang mana akan mempercepat terjadi tembus pada tegangan yang lebih rendah.

2.8.1 Karakteristik Isolasi Peralatan listrik

Karakteristik isolasi suatu peralatan listrik dibentuk oleh bahan isolasinya

dan bentuk padat yang digunakan. Karakteristik isolasi padat di tentukan dari

30 tegangan di kontruksi sedemikian sehingga tegangan breakdownnya lebih besar satu tingkat dari tegangan flashover.

Penentuan kuat elektrik dan besar tegangan yang masih dapat di tahan oleh isolasi sehingga tidak terjadi breakdown atau flashhover di gambarkan oleh tiga karakteristik umum:

1. Tegangan flashover kering pada frekuensi daya

Yaitu tegangan pada frekuensi jala-jala yang dapat menimbulkan kegagalan pada isolasi

2. Tegangan flashover basah pada frekuensi daya

Tegangan frekuensi jala-jala yang dapat menimbulkan kegagalan pada isolasi jika isolasi tersebut di semprot oleh suatu sumber air dengan persyaratan tertentu antara lain di beri tegangan persyaratan tertentu antara lain di beri tegangan 20 kV selama 1 menit.

3. Karakteristik tegangan waktu pada gelombang implus standar.

2.8.2 Tingkat Isolasi Dasar (TID)

Tingkat isolasi dasar (TID) dikenal juga sebagai basic impuls

insulation level (BIL) dari suatu peralatan. Untuk mencapai keandalan

sistem yang tinggi ada beberapa metode untuk mengkoordinasikan

isolasi peralatan jaringan dengan alat- alat proteksinya. Salah satu

metode yang baik adalah menentukan level tertentu isolasi. Penentuan

level isolasi di dapat dari data pengamatan di lapangan dan

31 laboratorium yang di kombinasikan dengan karakteristik tegangan impuls. Isolasi peralatan yang di gunakan tidak boleh mempunyai level isolasi yang lebih rendah dari BIL pada kolom 2 tabel 2.1. Harga yang dapat di ambil sebagai acuan dalam pemilihan standar BIL permukaan yang akan digunakan tanpa melihat apakah sistem tersebut di tanahkan atau tidak [19].

2.9 Penentuan Tingkat Isolasi Dasar

Perencanaan sistem perlindungan transformator distribusi dalam menentukan posisi peralatan pelindung dari kemungkinan bahaya surja petir, yang paling awal dilakukan adalah menentukan tingkat kekuatan isolasi impuls dasar.

Transformator yang akan dilindungi terletak pada saluran udara tegangan menengah (SUTM) dengan data-data yang bervariasi antara lain :

Kapasitas terpasang : 250

kVA Tegangan primer : 20

Kv Tegangan sekunder : 220 /

380 V

32 2.9.1 Menentukan Perkiraan Besar Tegangan Pengenal Arrester

Menentukan perkiraan besarnya tegangan pengenal arrester, maka harus diketahui terlebih dahulu tegangan tertiggi dari jaringan dan koefisien pentanahan, dengan diketahuinya kedua hal tersebut, maka perkiraan besarnya tegangan pengenal arrester dapat dihitung secara kasar. Tegangan pengenal tidak boleh lebih rendah dari perkiraan kedua harga diatas.

Dalam perhitungan tegangan secara tinggi ditambah 10% kemudian untuk pentanahan tidak fektif dan pentanahan terionisasi dalam praktek biasanya diambil koefisien 100%.

2.9.2 Menentukan Arus Pelepasan Impuls dari Arrester Besar tegangan gelombang datang diperoleh dari FOV (Flashover Voltage) dengan mengetahui rancangan isolator saluran.

2.9.3 Menentukan Tegangan Pelepasan Arrester

Tegangan pelepasan (tegangan kerja) bergantung pada arus pelepasan arrester (Ia) dan kecuraman arus (di/dt) yang masuk ke perlatan.

Tegangan pelepasan ini adalah karakteristik yang paling penting dari

arrester untuk perlindungan peralatan. Selain itu, tegangan kerja ini untuk

menentukan tingkat perlindungan arrester apabila tegangan kerja arreter

berada TID peralatan yang dilindungi dengan faktor keamanan yang

cukup perlindungan peralatan yang optimum.

33 2.9.4 Faktor Perlindungan dari Arrester

Faktor perlindungan lightning arrester adalah perbandingan antara selisih tegangan tingkat isolasi dasar peralatan (TID) yang dilindungi dengan tingkat perlindungan (TP) dari arrester terhadap tingkat perlindungan dari arrester. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut:

FP = TID – TP TP Dimana :

FP = Faktor perlindungan

TID =Tingkat isolasi dasar

TP =Tingkat perlindungan

Faktor tingkat perlindungan dari arrester adalah harga puncak

tegangan yang terjadi pada terminal arrester saat kondisi kerja, yaitu pada

saat menyalurkan arus surja ke tanah. Ada dua harga yang biasa

dipertimbangkan sebagai harga tingkat perlindungan impuls dan tegangan

arrester. Dalam menentukan tingkat perlindungan peralatan yan akan

dilindungi oleh arrester umumnya diambil harga 10% lebih tinggi dari

tegangan pelepasan arrester.[19].