OPTIMASI PENEMPATAN ARRESTER TERHADAP TEGANGAN LEBIH TRANSIEN PADA TRANSFORMATOR DAYA MENGGUNAKAN PSO (PARTICLE SWARM OPTIMIZATION)

(1)

Makalah Seminar Tugas Akhir

OPTIMASI PENEMPATAN ARRESTER TERHADAP TEGANGAN LEBIH TRANSIEN

PADA TRANSFORMATOR DAYA MENGGUNAKAN PSO (PARTICLE SWARM

OPTIMIZATION)

Dwi Harjanto[1]., Ir.Yuningtyastuti, MT[2]., Susatyo Handoko, ST, MT[2], Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Jalan Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Abstract

Indirect lightning strike can induce transient overvoltage to electrical power system. In order to protect the electrical power system and improve its lightning performance, arresters are installed. The distance between arrester and the power transformer to be protected plays important role for the efficient protection of the equipment. If arrester is placed too far from power transformer, the overvoltage can exceed BIL (Base Insulation level) of power transformer.

In this final project will be created a simulation program. This program is used to simulate optimum placement of arrester. Program will be created using particle swarm optimization method with Matlab 7 programming. The particle swarm optimization is optimization method inspired by social behavior and movement dynamics of birds, which is representation of the parameter that is optimized, thus it will get the best particle among particles within a swarm.

The test is performed on laboratory using two types of configuration : conductor line and cable line. The simulation result that the distance between arrester and power transformer in configuration of conductor-cable line is bigger than configuration of conductor-conductor line.

Keywords : Indirect Lightning Strikes, Arrester, BIL of Power Transformer, Particle Swarm Optimization, and Line Configuration.

I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Permasalahan tegangan lebih transien pada sistem tenaga listrik dapat disebabkan karena adanya faktor internal dan eksternal. Faktor internal dapat terjadi karena adanya operasi pensaklaran

(switching) dari PMT, sedangkan faktor eksternal

terjadi karena adanya sambaran petir. Sambaran petir dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu sambaran langsung yaitu sambaran yang langsung mengenai saluran dan sambaran tidak langsung atau sambaran induksi yaitu sambaran yang mengenai daerah di sekitar saluran.

Sambaran petir tidak langsung dapat terjadi jika petir menyambar obyek di dekat saluran. Pada saluran tersebut akan terjadi fenomena transien

yang diakibatkan oleh koupling medan

elektromagnetik di kanal petir. Akibat dari kejadian ini akan timbul tegangan lebih transien dan gelombang berjalan yang merambat pada sisi kawat saluran yang berada di dekat lokasi terjadinya sambaran.

Arrester merupakan salah satu peralatan proteksi untuk melindungi transformator daya dari gangguan tegangan lebih transien. Akan tetapi arrester memiliki zona proteksi yang terbatas. Perlindungan transformator daya yang efektif dipengaruhi oleh jarak antara arrester dengan

transformator daya. Jika arrester ditempatkan terlalu jauh dengan transformator daya, maka tegangan yang tiba pada transformator daya dapat melebihi tegangan yang dapat dipikul oleh transformator daya (BIL transformator daya). Transformator daya masih dapat dilindungi dengan baik apabila jarak arrester dengan transformator daya masih di dalam batas yang diijinkan. Dalam tugas akhir ini dibuat program simulasi optimasi penempatan arrester menggunakan metode PSO (Particle Swarm

Optimization) dengan bantuan software Matlab 7.

1.2 Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk menentukan penempatan arrester yang optimal terhadap tegangan lebih transien pada transformator

daya menggunakan PSO (Partcle Swarm

Optimization).

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :

1. Tegangan yang digunakan untuk menentukan penempatan arrester adalah tegangan 20 kV, tegangan 66 kV, tegangan 150 kV, dan tegangan 500 kV.

2. Kawat yang digunakan adalah jenis konduktor tunggal (single conductor).

(2)

3. Kabel yang digunakan adalah kabel berinti tunggal (single core cable).

4. Jenis sambaran petir yang digunakan adalah sambaran petir tidak langsung (sambaran induksi) dengan arus puncak sambaran balik adalah 650 kA.

5. Kecepatan arus sambaran balik adalah 280 m/μs dan incidence angle = 2 rad.

6. Konduktivitas tanah = 0,001 S/m.

7. Simulasi menggunakan software Matlab versi 7.0.

II DASAR TEORI

2.1 Petir[2]

Petir merupakan peristiwa alam mengenai muatan listrik dan pelepasan listrik elektrostatik antara awan dengan awan dan antara awan dengan bumi. Indonesia terletak di daerah tropis yang sangat panas dan lembab yang dapat menyebabkan terjadinya pembentukan awan badai penghasil petir. Petir yang menyambar saluran dibedakan menjadi dua macam, yaitu sambaran langsung yaitu sambaran yang langsung mengenai saluran dan sambaran tidak langsung atau sambaran induksi yaitu sambaran yang mengenai daerah di sekitar saluran.

2.2 Gelombang Berjalan[6,8,21]

2.2.1 Bentuk Umum

Bentuk umum gelombang berjalan dapat dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Spesifikasi Gelombang Berjalan

Spesifikasi dari gelombang berjalan :

1. Puncak (crest) gelombang, E : amplitudo maksimum dari gelombang.

2. Waktu muka gelombang (front time), t1 : waktu

dari permulaan sampai puncak (0% sampai 100% E atau 10% sampai 90% E).

3. Waktu ekor gelombang (tail time), t2 : waktu

dari permulaan sampai titik 50% E pada ekor gelombang.

Gelombang berjalan akan menimbulkan surja pada saluran yaitu surja tegangan dan surja arus.

Untuk mendapatkan besarnya tegangan puncak dari tegangan induksi petir pada saluran digunakan Persamaan (1) : ……… (1) Dimana : h = tinggi saluran (m)

I = Arus puncak sambaran balik (kA) v = kecepatan sambaran balik (m/μs) α = incidence angle (rad)

σ = konduktivitas tanah (S/m)

R = Jarak antara titik sambaran dengan saluran (m) tf = Waktu muka (front time) arus sambaran balik (μs)

2.2.2 Kecepatan Rambat (v)

Kecepatan rambat gelombang berjalan pada

kawat udara adalah 300 m/μs dan kecepatan rambat gelombang berjalan pada kabel adalah 150 m/μs.

2.2.3 Impedansi Surja (Z)

Besarnya impedansi surja pada kawat udara dipengaruhi oleh ketinggian kawat di atas tanah (h) dan jari-jari konduktor (r), dimana :

ohm r

h z60ln2

………... (2)

Sedangkan besarnya impedansi surja pada kabel dipengaruhi oleh jari-jari isolasi pembungkus kabel (R), jari-jari konduktor (r), dan permitivitas kabel (ε), dimana :

……….………... (3)

2.2.4 Penyaluran Gelombang Berjalan

Besarnya tegangan dari suatu gelombang berjalan ditentukan oleh impedansi surja dari saluran. Gelombang berjalan yang sampai pada sebuah sambungan antara dua saluran dengan impedansi surja yang berbeda akan menimbulkan gelombang berjalan yang baru sebagai gelombang pantul (er1) dan gelombang terusan (e2) setelah

melintasi atau saat sampai pada sambungan tersebut. z1 z2 Saluran 2 Saluran 1 e₂ e_r1 e1 Titik sambungan

Gambar 2. Penyaluran Gelombang Berjalan

Dan besarnya gelombang terusan (e2) adalah

1 2 1 2 2 2 e z z z e   ………..……… (4)

(3)

2.3 Arrester[6,12]

2.3.1 Prinsip Kerja

Arrester adalah alat pelindung bagi

peralatan sistem tenaga listrik terhadap tegangan lebih baik yang disebabkan oleh surja petir maupun surja hubung. Alat ini membentuk jalan yang mudah dilalui arus surja ke tanah, sehingga tidak timbul tegangan lebih pada peralatan. Pada keadaan normal arrester berlaku sebagai isolator, namun bila ada surja arrester berlaku sebagai konduktor yang dapat mengalirkan arus surja ke tanah. Setelah surja hilang, arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator, sehingga pemutus tenaga (PMT) tidak sempat membuka.

2.3.2 Jarak Maksimum Arrester dengan

Transformator Daya

Perlindungan yang baik diperoleh jika arrester ditempatkan sedekat mungkin dengan

transformator daya. Akan tetapi dalam

kenyataannya, arrester ditempatkan dengan jarak tertentu.

Gambar 3. Jarak Arrester dengan Transformator Daya

Untuk menentukkan jarak maksimum

antara arrester dengan transformator daya

dinyatakan dengan persamaan

……….. (5)

dimana :

x = Jarak maksimum arrester dengan

transformator daya (m)

BIL = Kekuatan isolasi transformator daya (kV) Ea = Tegangan pelepasan arrester (kV)

A = Kecuraman muka gelombang tegangan

(kV/μs)

v = Kecepatan rambat gelombang (m/μs)

2.4 PSO (Particle Swarm Optimization)[4,5]

2.4.1 Dasar PSO

Particle Swarm Optimization (PSO) adalah

salah satu dari teknik komputasi evolusioner. Populasi pada PSO didasarkan pada penelusuran algoritma dan diawali dengan suatu populasi yang random yang disebut dengan particle.

Setiap particle di dalam PSO berhubungan dengan suatu velocity (kecepatan). Particle-particle tersebut bergerak melalui penelusuran ruang dengan

velocity yang dinamis. Oleh karena itu, particle-particle mempunyai kecenderungan untuk bergerak

ke area penelusuran yang lebih baik setelah melewati proses penelusuran.

Beberapa istilah umum yang digunakan dalam PSO dapat didefinisikan sebagai berikut : 1. Swarm : populasi dari suatu algoritma.

2. Particle : anggota (individu) pada suatu swarm. 3. Pbest (Personal Best) : posisi Pbest suatu

particle yang menunjukkan posisi particle yang

dipersiapkan untuk mendapatkan suatu solusi yang terbaik.

4. Gbest (Global Best) : posisi terbaik particle pada

swarm atau posisi terbaik diantara Pbest yang

ada.

5. Velocity (V) : kecepatan yang menggerakkan proses optimasi yang menentukan arah dimana

particle diperlukan untuk berpindah dan memperbaiki posisinya semula.

6. Learning Rates (C1 dan C2) : suatu konstanta untuk menilai kemampuan particle (C1) dan

kemampuan sosial swarm (C2) yang

menunjukkan bobot dari particle terhadap memorinya. Nilai C1 dan C2 antara 0-2.

7. Inertia Weight (θ) : parameter yang digunakan untuk mengontrol dampak dari adanya velocity.

2.4.2 Algoritma PSO

Algoritma dari PSO yaitu :

1. Menentukan ukuran swarm dan menentukan nilai awal masing-masing partikel secara random 2. Mengevaluasi nilai fungsi tujuan untuk setiap

partikel

3. Menentukan kecepatan / velocity mula-mula 4. Menghitung Pbest dan Gbest mula-mula

5. Menghitung kecepatan pada iterasi berikutnya dengan Persamaan (6)

Vj(i) = θ Vj (i - 1) + c1 r1 [ Pbest,j - Xj (i-1) ] + c2 r2

[ Gbest - Xj (i-1) ] ... (6) dengan

.….………...……… (7)

i = iterasi ; j = 1,2,3,...,N ; r1 dan r2 adalah

bilangan random; θmax dan θmin adalah random

6. Menentukan posisi partikel pada iterasi

berikutnya menggunakan Persamaan (8)

Xj(i) = Xj(i – 1) + Vj(i) ………...….. (8) 7. Mengevaluasi nilai fungsi tujuan pada iterasi

selanjutnya

8. Mengupdate Pbest dan Gbest

9. Mengecek apakah solusi sudah optimal atau belum. Kalau sudah optimal, maka proses algoritma berhenti, namun bila belum optimal maka kembali ke langkah 5.

(4)

III PERANCANGAN SISTEM

Secara umum tujuan dari perancangan sistem adalah penempatan arrester yang optimal yang mengacu pada jarak maksimum antara arrester dengan transformator daya menggunakan metode

PSO. Sehingga tegangan surja yang tiba di

transformator daya tidak melebihi kekuatan isolasi (BIL) transformator daya. Secara garis besar proses penelitian dapat dilihat pada gambar 4.

Mulai

Simulasi Program dengan Metode PSO Pengumpulan Data

Analisa dan Kesimpulan

Selesai

Gambar 4. Flowchart langkah penelitian

3.1 Pengumpulan Data

3.1.1 Data Tegangan Puncak Induksi Petir

Tabel 1. Parameter tegangan puncak induksi petir Parameter-Parameter Tegangan Induksi

Petir Nilai

Arus puncak sambaran balik (I) 650 kA

Waktu muka arus sambaran balik (tf) 0,5 μs; 1 μs; dan 2 μs

Incidence angle (α) 2 rad Kecepatan arus sambaran balik (v) 280 m/μs Konduktivitas tanah 0,001 S/m Jarak antara titik sambaran dengan

saluran (R) 50 m, 100 m, dan 200 m Tinggi saluran (h) Tegangan 20 kV = 8,5 m Tegangan 66 kV = 19 m Tegangan 150 kV = 30 m Tegangan 500 kV = 70 m

3.1.2 Data Tegangan Pelepasan Arrester

Tabel 2. Data tegangan pelepasan arrester berdasarkan SPLN 7 – 1978

Data Peralatan Tegangan yang Digunakan 20 kV 66 kV 150 kV 500 kV Tegangan

Pelepasan Arrester 76 kV 270 kV 460 kV 927 kV

3.1.3 Data BIL Transformator Daya

Tabel 3. Data BIL transformator daya berdasarkan SPLN 7 - 1978

Data Peralatan Tegangan yang Digunakan 20 kV 66 kV 150 kV 500 kV BIL Transformator

Daya 125 kV 325 kV 650 kV 1550 kV

3.1.4 Data Impedansi Surja Kawat

Tabel 4. Parameter-parameter impedansi surja kawat Data Kawat Tegangan yang Digunakan

20 kV 66 kV 150 kV 500 kV Luas Penampang Konduktor (A) 95 mm 2 _{240 mm}2 _{305 mm}2 _{374 mm}2 Jari – Jari Konduktor (r) 5,5 mm 8,74 mm 9,86 mm 10,9 mm Ketinggian kawat diatas tanah (h) 8,5 m 19 m 30 m 70 m

3.1.5 Data Impedansi Surja Kabel

Tabel 5. Parameter-parameter impedansi surja kabel Data Kabel Tegangan yang Digunakan

20 kV 66 kV 150 kV 500 kV Diameter Konduktor (dr) 20,6 mm 54,4 mm 62 mm 62 mm Diameter Pembungkus Isolasi (dR) 33,2 mm 77,4 mm 101 mm 129 mm Permitivitas (ε) 4 4 4 4

3.1.6 Konfigurasi Saluran Untuk

Penyambungan Arrester dan

Transforamtor Daya

3.1.6.1 Konfigurasi Saluran Kawat-Kawat (KK)

Gambar 5. Konfigurasi saluran kawat-kawat

3.1.6.2 Konfigurasi Saluran Kawat-Kabel (KKb)

Gambar 6. Konfigurasi saluran kawat-kabel

3.2 Pembuatan Program Simulasi

Pembuatan program simulasi ini

menggunakan software Matlab 7 dengan metode optimasi PSO (Particle Swarm Optimization).

IV PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pengujian terhadap sistem ini dilakukan dengan tujuan untuk menentukan penempatan arrester yang optimal terhadap tegangan lebih transien pada transformator daya berdasarkan nilai

fungsi tujuan untuk setiap tegangan yang

digunakan. Ada dua hasil penempatan arrester yaitu X1 untuk konfigurasi saluran kawat-kawat dan X2 untuk konfigurasi saluran kawat-kabel.

(5)

4.1 Tegangan 20 kV

4.1.1 Pengaruh Variasi Waktu Muka atau Front

Time Arus Sambaran Balik (tf) Terhadap

Jarak Maksimum Arrester dengan

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak sambaran balik = 650 kA, jarak antara titik sambaran dengan saluran (R) = 200 m, tinggi saluran (h) = 8,5 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence angle (α) = 2 radian, kecepatan arus sambaran balik (v) = 280 m/μs. Selain itu juga dibutuhkan data parameter PSO seperti ukuran swarm, nilai C1 dan C2 yang berbeda-beda. Selain itu dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran

swarm = 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan

θmin = 0,4.

1. Waktu Muka (tf) = 0,5 μs

Tabel 6. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 4x10-7 _3,2225 _34,5758 2 15 0,02 0,01 6,3x10-6 _3,1228 _25,3928 3 15 1 0,5 0,29519 3,145 27,2722 4 15 1 0,5 0,0142 3,1434 27,2379 5 15 0,5 1 1 3,1451 27,2648 6 15 0,5 1 1x10-3 _3,1448 _27,116 7 15 2 2 0,99999 3,1451 27,26483 8 15 2 2 1 3,1451 27,2648

Dari Tabel 6. terlihat bahwa belum tentu didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan sistem random / acak pada tiap proses

penelusurannya. Hasil pengujian yang

menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1.

2. Waktu Muka (tf) = 1 μs

Tabel 7. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 8,5x10-8 _3,9003 _13,0634 2 15 0,02 0,01 1,7x10-7 _3,5806 _17,8575 3 15 1 0,5 7,2x10-8 _3,6683 _10,5025 4 15 1 0,5 1 3,563 30,8879 5 15 0,5 1 1 3,563 30,8879 6 15 0,5 1 1 3,563 30,8879 7 15 2 2 1 3,563 30,8879 8 15 2 2 1 3,563 30,8879

Dari Tabel 7. terlihat bahwa belum tentu didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan sistem random / acak pada tiap proses

Tabel 8. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 8,8x10-8 _3,3309 _13,004 2 15 0,02 0,01 3,2x10-9 _9,406 _17,7743 3 15 1 0,5 1 4,0365 34,9924 4 15 1 0,5 1 4,0365 34,9924 5 15 0,5 1 8,2x10-8 _4,1578 _13,5434 6 15 0,5 1 2x10-6 _4,0985 _29,0534 7 15 2 2 1 4,0365 34,9924 8 15 2 2 1 4,0365 34,9924

Dari Tabel 8. terlihat belum tentu didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan

sistem random / acak pada tiap proses

menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1. Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel 9.

Tabel 9. Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya pada tegangan 20 kV

Waktu Muka Arus Sambaran Balik

Jarak Maksimum Arrester dan Transformator Daya

X1 X2

0,5 μs 3,1451 m 27,2648 m

1 μs 3,563 m 30,8879 m

2 μs 4,0365 m 34,9924 m

Dari Tabel 9. Terlihat bahwa semakin besar waktu muka arus sambaran balik maka jarak maksimum arrester dengan transformator daya semakin besar pula.

4.1.2 Pengaruh Variasi Jarak Antara Titik Sambaran dengan Saluran (R) Terhadap

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak sambaran balik = 650 kA, waktu muka arus sambaran balik = 1 μs, tinggi saluran (h) = 8,5 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence

angle (α) = 2 radian, kecepatan arus sambaran balik

(v) = 280 m/μs. Selain itu dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran swarm = 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan θmin = 0,4.

1. R=50 m

Tabel 10. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 3x10-10 _5,9343 _29,5096 2 15 0,02 0,01 5,4x10-9 _2,2866 _11,2278 3 15 1 0,5 1 1,0447 9,0566 4 15 1 0,5 1 1,0447 9,0566 5 15 0,5 1 1 1,0447 9,0566 6 15 0,5 1 4x10-6 _1,0657 _8,2871 7 15 2 2 1 1,0447 9,0566 8 15 2 2 1 1,0447 9,0566

(6)

2. R=100 m

Tabel 11. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 5x10-10 _9,2947 _52,5131 2 15 0,02 0,01 3,9x10-10 _11,0787 _23,0687 3 15 1 0,5 1 1,9293 16,7254 4 15 1 0,5 3x10-7 _1,8885 _12,031 5 15 0,5 1 1 1,9293 16,7254 6 15 0,5 1 1 1,9293 16,7254 7 15 2 2 0,8892 1,9294 16,7256 8 15 2 2 1 1,9293 16,7254

3. R=200 m

Tabel 12. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 6x10-8 _3,9585 _9,73 2 15 0,02 0,01 9x10-9 _6,5745 _14,2117 3 15 1 0,5 1,3x10-5 _3,5639 _30,7387 4 15 1 0,5 8,4x10-5 _3,5597 _32,2839 5 15 0,5 1 1 3,563 30,8879 6 15 0,5 1 9,4x10-4 _3,56 _31,0577 7 15 2 2 1 3,563 30,8879 8 15 2 2 1 3,563 30,8879

menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1. Pengaruh variasi jarak titik sambaran dengan saluran terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel 13.

Tabel 13. Pengaruh variasi jarak titik sambaran dengan saluran terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya pada tegangan 20 kV

Jarak Titik Sambaran dengan Saluran

X1 X2

50 m 1,0447 m 9,0566 m 100 m 1,9293 m 16,7254 m 200 m 3,563 m 30,8879 m

Dari Tabel 13. Terlihat bahwa semakin besar jarak titik sambaran dengan saluran maka jarak maksimum arrester dengan transformator daya semakin besar pula.

4.2 Tegangan 66 kV

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak sambaran balik = 650 kA, jarak antara titik

sambaran dengan saluran (R) = 200 m, tinggi saluran (h) = 19 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence angle (α) = 2 radian, kecepatan arus sambaran balik (v) = 280 m/μs. Selain itu dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran swarm = 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan θmin =

0,4.

Tabel 14. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 1,1x10-9 _3,1742 _54,6257 2 15 0,02 0,01 4,9x10-6 _0,6921 _5,2909 3 15 1 0,5 2,3x10-3 _0,6615 _8,0891 4 15 1 0,5 1 0,6607 8,0143 5 15 0,5 1 0,9979 0,66079 8,0143 6 15 0,5 1 1 0,6607 8,0143 7 15 2 2 1 0,6607 8,0143 8 15 2 2 1,6x10-9 _0,7617 _16,6183

Tabel 15. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 1,1x10-8 _2,3425 _21,7875 2 15 0,02 0,01 3,2x10-7 _0,7192 _16,2756 3 15 1 0,5 1,1x10-6 _0,7748 _12,4256 4 15 1 0,5 1,62x10-8 _0,7187 _41,801 5 15 0,5 1 0,8547 0,7486 9,0777 6 15 0,5 1 1 0,7486 9,0792 7 15 2 2 1 0,7486 9,0792 8 15 2 2 1 0,7486 9,0792

Tabel 16. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 5x10-10 _8,8845 _31,6088 2 15 0,02 0,01 2,7x10-9 _3,7223 _38,8478 3 15 1 0,5 1 0,84807 10,2857 4 15 1 0,5 3,8x10-8 _0,8321 _34,4485 5 15 0,5 1 1 0,84807 10,2857 6 15 0,5 1 2,6x10-8 _0,8142 _39,4334 7 15 2 2 1 0,84807 10,2857 8 15 2 2 1 0,84807 10,2857

(7)

Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel 17.

X1 X2

0,5 μs 0,6607 m 8,0143 m

1μs 0,7486 m 9,0792 m

2 μs 0,84807 m 10,2857 m

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak sambaran balik = 650 kA, waktu muka arus sambaran balik = 1 μs, tinggi saluran (h) = 19 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence

1. R=50 m

Tabel 18. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 1,4x10-8 _0,2012 _12,7679 2 15 0,02 0,01 9x10-11 _5,0438 _12,4371 3 15 1 0,5 8,4x10-9 _0,1615 _15,924 4 15 1 0,5 1 0,2195 2,6621 5 15 0,5 1 1 0,2195 2,6621 6 15 0,5 1 1,4x10-6 _0,2187 _3,6622 7 15 2 2 3,4x10-8 _0,1120 _8,6756 8 15 2 2 1 0,2195 2,6621

2. R=100 m

Tabel 19. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 3,5x10-11 _16,1089 _22,1812 2 15 0,02 0,01 2,4x10-9 _2,3376 _5,7086 3 15 1 0,5 6,7x10-9 _0,42121 _36,7927 4 15 1 0,5 8,6x10-8 _0,4280 _12,5719 5 15 0,5 1 1 0,40536 4,9163 6 15 0,5 1 6,5x10-9 _0,4815 _32,7746 7 15 2 2 1 0,40536 4,9163 8 15 2 2 1 0,40536 4,9163

Dari Tabel 19. terlihat bahwa belum tentu didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena

PSO menerapkan sistem random / acak pada tiap

proses penelusurannya. Hasil pengujian yang menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1.

3. R=200 m

Tabel 20. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 2,8x10-8 _0,80402 _32,8302 2 15 0,02 0,01 1,17x10-9 _5,6256 _38,013 3 15 1 0,5 2,2x10-7 0,78842 20,6891 4 15 1 0,5 3,6x10-8 _0,7952 _30,934 5 15 0,5 1 4,3x10-8 _0,80782 _29,1354 6 15 0,5 1 1,9x10-8 _0,67722 _38,8957 7 15 2 2 1 0,7486 9,0792 8 15 2 2 1 0,7486 9,0792

Dari Tabel 20. terlihat bahwa dari dua kali pengujian belum tentu didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan sistem random / acak pada tiap proses penelusurannya. Hasil pengujian yang menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1.

Pengaruh variasi jarak titik sambaran dengan saluran terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel 21.

X1 X2

50 m 0,2195 m 2,6621 m 100 m 0,40536 m 4,9163 m 200 m 0,7486 m 9,0792 m

4.3 Tegangan 150 kV

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak sambaran balik = 650 kA, jarak antara titik sambaran dengan saluran (R) = 200 m, tinggi saluran (h) = 30 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence angle (α) = 2 radian, kecepatan arus sambaran balik (v) = 280 m/μs. Selain itu dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran swarm = 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan θmin =

(8)

Tabel 22. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 2,8x10-8 _3,8879 _47,6463 2 15 0,02 0,01 2,6x10-9 _5,8308 _20,4356 3 15 1 0,5 1 3,9058 35,85 4 15 1 0,5 1 3,9058 35,85 5 15 0,5 1 1 3,9058 35,85 6 15 0,5 1 5,8x10-9 _3,9358 _10,0483 7 15 2 2 1 3,9058 35,85 8 15 2 2 1 3,9058 35,85

Tabel 23. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 1,8x10-8 _5,132 _22,5774 2 15 0,02 0,01 2,8x10-8 _4,3988 _30,5052 3 15 1 0,5 1 4,4248 40,6139 4 15 1 0,5 1 4,4248 40,6139 5 15 0,5 1 1x10-7 _4,3941 _33,6351 6 15 0,5 1 2,1x10-6 _4,429 _39,0995 7 15 2 2 0,0569 4,4245 40,6072 8 15 2 2 1 4,4248 40,6139

Tabel 24. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 8x10-7 _5,0165 _43,1879 2 15 0,02 0,01 1,4x10-8 _5,2824 _25,7036 3 15 1 0,5 1 5,0128 46,0108 4 15 1 0,5 1 5,0128 46,0108 5 15 0,5 1 1 5,0128 46,0108 6 15 0,5 1 1 5,0128 46,0108 7 15 2 2 1 5,0128 46,0108 8 15 2 2 1 5,0128 46,0108

Pengaruh variasi waktu muka arus

sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel 25.

X1 X2

0,5 μs 3,9058 m 35,85 m

1μs 4,4248 m 40,6139 m

2 μs 5,0128 m 46,0108 m

1. R=50 m

Tabel 26. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 6,2x10-10 _1,2643 _38,2076 2 15 0,02 0,01 5,2x10-9 _1,4926 _20,0604 3 15 1 0,5 1 1,2974 11,9083 4 15 1 0,5 1,2x10-9 _1,3043 _30,4779 5 15 0,5 1 1,8x10-9 _1,3258 _26,9679 6 15 0,5 1 1 1,2974 11,9083 7 15 2 2 7,7x10-6 _1,2972 _12,1442 8 15 2 2 1 1,2974 11,9083

2. R=100 m

Tabel 27. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 6,5x10-8 _2,4184 _17,2903 2 15 0,02 0,01 3,2x10-9 _3,3933 _24,1264 3 15 1 0,5 2,8x10-9 _2,4419 _44,675 4 15 1 0,5 1 2,396 21,9919 5 15 0,5 1 1 2,396 21,9919 6 15 0,5 1 4,7x10-6 _2,3963 _22,5202 7 15 2 2 1 2,396 21,9919 8 15 2 2 1,7x10-3 _2,3958 _21,9636

(9)

penelusurannya. Hasil pengujian yang menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1.

3. R=200 m

Tabel 28. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 2,2x10-8 _4,6411 _26,0729 2 15 0,02 0,01 3,3x10-9 _4,7125 _36,7374 3 15 1 0,5 3,9x10-7 _4,4121 _37,0491 4 15 1 0,5 1 4,4248 40,6139 5 15 0,5 1 1 4,4248 40,6139 6 15 0,5 1 1 4,4248 40,6139 7 15 2 2 1 4,4248 40,6139 8 15 2 2 0,9043 4,4249 40,6143

X1 X2

50 m 1,2974 m 11,9083 m 100 m 2,396 m 21,9919 m 200 m 4,4248 m 40,6139 m

4.4 Tegangan 500 kV

Jarak Maksium Arrester dengan

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak sambaran balik = 650 kA, jarak antara titik sambaran dengan saluran (R) = 200 m, tinggi saluran (h) = 70 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence angle (α) = 2 radian, kecepatan arus sambaran balik (v) = 280 m/μs. Selain itu dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran swarm = 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan θmin =

0,4.

Tabel 30. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 9,7x10-10 _8,5914 _31,3149 2 15 0,02 0,01 4,6x10-9 _8,2071 _44,0612 3 15 1 0,5 3,7x10-5 _8,2451 _55,2493 4 15 1 0,5 1 8,2396 55,2493 5 15 0,5 1 1 8,2396 55,2493 6 15 0,5 1 1 8,2396 55,2493 7 15 2 2 1 8,2396 55,2493 8 15 2 2 1 8,2396 55,2493

Tabel 31. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 4,2x10-9 _9,4063 _49,0266 2 15 0,02 0,01 6x10-10 _8,9922 _27,2881 3 15 1 0,5 1 9,3345 62,5911 4 15 1 0,5 1 9,3345 62,5911 5 15 0,5 1 1 9,3345 62,5911 6 15 0,5 1 1 9,3345 62,5911 7 15 2 2 1 9,3345 62,5911 8 15 2 2 1 9,3345 62,5911

Dari Tabel 31. terlihat tentu didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan sistem random / acak pada tiap proses penelusurannya. Hasil pengujian yang menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1.

Tabel 32. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 3,6x10-9 _10,7956 _54,9054 2 15 0,02 0,01 3x10-10 _11,3451 _18,4556 3 15 1 0,5 1 10,5749 70,9084 4 15 1 0,5 1 10,5749 70,9084 5 15 0,5 1 0,99999 10,5749 70,90821 6 15 0,5 1 1 10,5749 70,9084 7 15 2 2 1 10,5749 70,9084 8 15 2 2 1 10,5749 70,9084

Pengaruh variasi waktu muka arus

sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel 33.

X1 X2

0,5 μs 8,2396 m 55,2493 m

1μs 9,3345 m 62,5911 m

2 μs 10,5749 m 70,9084 m

Dari Tabel 33. Terlihat bahwa semakin besar waktu muka arus sambaran balik maka jarak maksimum

(10)

arrester dengan transformator daya semakin besar pula.

1. R=50 m

Tabel 34. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 1,3x10-9 _2,7944 _18,8086 2 15 0,02 0,01 1,4x10-9 _2,4921 _24,1501 3 15 1 0,5 1 2,737 18,3522 4 15 1 0,5 4x10-5 _2,7384 _18,4146 5 15 0,5 1 1 2,737 18,3522 6 15 0,5 1 3,9x10-5 _2,7366 _18,3921 7 15 2 2 1 2,737 18,3522 8 15 2 2 1 2,737 18,3522

2. R=100 m

Tabel 35. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 1,2x10-8 4,9354 37,7112 2 15 0,02 0,01 3,09x10-7 _4,9952 _34,1616 3 15 1 0,5 1 5,0545 33,8923 4 15 1 0,5 2,9x10-7 _5,0587 _33,0343 5 15 0,5 1 8,2x10-9 _5,0648 _39,0199 6 15 0,5 1 1 5,0545 33,8923 7 15 2 2 1 5,0545 33,8923 8 15 2 2 1 5,0545 33,8923

3. R=200 m

Tabel 36. Nilai fungsi tujuan antar pengujian Peng-ujian Ukuran Swarm C1 C2 Fungsi Tujuan X1 (m) X2 (m) 1 15 0,02 0,01 9,3x10-9 _9,418 _53,744 2 15 0,02 0,01 6x10-10 _9,4268 _28,5946 3 15 1 0,5 3,2x10-3 _9,3355 _62,5658 4 15 1 0,5 1 9,3345 62,5911 5 15 0,5 1 6,4x10-10 _9,5421 _28,6969 6 15 0,5 1 1 9,3345 62,5911 7 15 2 2 1 9,3345 62,5911 8 15 2 2 1 9,3345 62,5911

X1 X2

50 m 2,737 m 18,3522 m

100 m 5,0545 m 33,8923 m 200 m 9,3345 m 62,5911 m

Berikut ini adalah grafik hubungan waktu

muka arus sambaran balik terhadap jarak

maksimum arrester dengan transformator daya pada konfigurasi saluran kawat-kawat yang ditunjukkan pada Gambar 7.

Gambar 7. Grafik hubungan waktu muka arus sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester dengan

transformator daya

Sedangkan grafik hubungan jarak titik sambaran dengan saluran terhadap jarak maksimum arrester dengan transformator daya pada konfigurasi saluran kawat-kawat ditunjukkan pada Gambar 8.

0 2 4 6 8 10 12 0,5 1 2 Jar ak M ak sim u m Ar re st e r d en gan T ran sf or m at o r Daya (m )

Waktu Muka Arus Sambaran Balik (μs)

Tegangan 20 kV Tegangan 66 kV Tegangan 150 kV Tegangan 500 kV

(11)

Gambar 8. Grafik hubungan jarak titik sambaran dengan saluran terhadap jarak maksimum arrester dengan

transformator daya

V PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan pengujian dan analisis yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :

1. Dari Tabel 9, Tabel 17, Tabel 25, dan Tabel 33 didapatkan semakin besar waktu muka arus sambaran balik maka jarak maksimum arrester dengan transformator daya semakin besar pula.

2. Dari Tabel 13, Tabel 21, Tabel 29, dan Tabel 37 didapatkan semakin besar jarak titik

sambaran dengan saluran maka jarak

maksimum arrester dengan transformator daya semakin besar pula.

3. Dari Tabel 1 – Tabel 37 didapatkan konfigurasi saluran kawat-kabel memiliki

jarak maksimum arrester dengan

transformator daya yang lebih besar

dibandingkan konfigurasi saluran kawat-kawat.

4. Hasil pengujian optimasi penempatan arrester menggunakan metode PSO menunjukkan hasil :

a. Untuk beberapa kali pengujian, nilai fungsi tujuan belum tentu sama meskipun dengan nilai C1 dan C2 yang sama. b. Nilai C1 dan C2 yang terlalu kecil sangat

sulit untuk mencapai titik optimal.

5.2 SARAN

1. Dapat dikembangkan untuk kawat jenis konduktor berkas (bundled conductor) dan kabel berinti banyak (multiple core cable).

2. Penentuan penempatan arrester yang optimal dapat dikembangkan dengan menggunakan metode Algoritma Genetika, Fuzzy, atau metode optimasi lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Abdia, Gunaidi, The Shortcut of Matlab Programming, Informatika Bandung, 2006. [2] Affandi, M.Yusron, Studi Pengaruh Tegangan

Lebih Akibat Induksi Petir Pada Saluran Transmisi Tegangan Tinggi Menggunakan Coupling Model, Jurusan Teknik Elektro-FTI ITS, 2011.

[3] Pratomo, Fariz Dwi, Studi Tegangan Lebih Impuls Akibat Penggunaan Konfigurasi Mixed Lines (High Voltage Overhead-Cable Lines) 150 kV, Jurusan Teknik Elektro-FTI ITS, 2011. [4] Santoso, Budi, Tutorial Particle Swarm

Optimization, Teknik Industri ITS, Surabaya, 2010.

[5] Maickel Tuegeh, Soeprijanto, Mauridhi Purnomo, Modified Improved Particle Swarm Optimization for Optimal Generator Scheduling, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi, 2009.

[6] Hutahuruk, TS, Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1989.

[7] Tobing, Bonggas L, Peralatan Tegangan Tinggi, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama, Jakarta, 2003.

[8] Ernesto Perez, Javier Herrera, and Horacio Torres, Sensitivity Analysis of Induced Voltages on Distribution Lines, paper IEEE Bologna Power Tech Conference, Italy, 2003.

[9] SPLN 7-1978, Pedoman Pemilihan Tingkat Isolasi Transformator dan Penangkap Petir, Jakarta, 1978.

[10] SPLN 121-1996, Konstruksi Saluran Udara Tegangan Tinggi 70 kV dan 150 kV Dengan Tiang Beton/Baja, Jakarta, 1996.

[11] SPLN 15-1978, Pedoman Pemilihan Jenis Dan Ukuran Penghantar Alumunium Bagi Saluran Udara 20 kV, 66 kV, dan 150 kV, Jakarta, 1978. [12] C.A Christodoulou, V.Vita, A.Mitropoulou,

D.S.Oikonomou, L.Ekonomou, Interface Construction for The Computation of The Optimum Installation Position of Metal Oxide Surge Arrester in Medium Voltage Subtations, ISBN: 978-960-474-159-5, 2011.

[13] Soibelzon, Hector Leopoldo, Lightning Arresters for Protection of Distribution Transformer in City Bell, X International Symposium on Lightning Protection, Brazil, 2009. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 50 100 200 Jar ak M ak sim u m Ar re st e r d en gan T ran sf or m at o r Daya (m )

Jarak Titik Sambaran dengan Saluran (m)

Tegangan 20 kV Tegangan 66 kV Tegangan 150 kV Tegangan 500 kV

(12)

[14] Mohd Z.A.Ab Kadir, Zawati Mohd Nawi and Junainah Sardi, Numerical Modelling and Simulation in Electromagnetic Transient Program for Estimating Line Backflashover Performance, Engineering Letters, 2010. [15] Abdu, Syamsir dan Angga Septian, Analisis

Gangguan Petir Akibat Sambaran Langsung Pada Saluran Transmisi Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV, JETri, Volume 8 Nomor 2, 2009. [16] ---, Tabel Medium Voltage XLPE

Insulated Cable, PT Kabelindo Murni Tbk. [17] Prasetyono, Suprihadi, Kajian Mekanis

Penggunaan Penghantar Termal ACCR pada SUTET 500 kV, MAKARA TEKNOLOGI, Vol 11 No 1 April, 2007.

[18] ---, XLPE Land Cable Systems, ABB. [19] U.S.Inan and N.G. Production of Terrestrial

Gamma-Ray Flashes By an Electromagnetic Pulse From a Lightning Return Stroke, Geophysical Research Letters, Vol 32 November, 2005.

[20] Mladen Zec and Mico Gacanovic, Overvoltages Caused By Indirect Lightning Strokes, 4th International PhD Seminar on Computational Electromagnetics and Bioeffects of Electromagnetics Fields, Serbia, 2009.

[21] ---, Review of Traveling Waves, Taylor and Francis Group, LCC, 1999.

BIOGRAFI PENULIS

Dwi Harjanto, lahir di Semarang, 7 November

1988. Menempuh

pendidikan di SDN

Kalicari 04 Semarang,

SMPN 15 Semarang,

SMAN 11 Semarang dan

saat ini sedang

menyelesaikan studi

Strata-1 di Jurusan

Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang dengan mengambil konsentrasi Power / Ketenagaan.