SIMULASI PENENTUAN NILAI TAHANAN PENTANAHAN MENARA
TRANSMISI 150 KV TERHADAP BACKFLASHOVER AKIBAT
SAMBARAN PETIR LANGSUNG
Rindu Putra Ambarita*).
Yuningtyastuti, and Abdul Syakur Jurusan Teknik Elektro.
Fakultas Teknik.
Universitas Diponegoro Semarang Jl.
Prof.
Sudharto.
SH.
Kampus UNDIP Tembalang.
Semarang 50275.
Indonesia Email :ambaritarindu@gmail.
Abstrak Tegangan lebih akibat sambaran petir pada saluran transmsi listrik merupakan salah satu penyebab gangguan yang dapat menimbulkan kegagalan proteksi, kerusakan jaringan listrik, dan peralatan tegangan rendah.
Pada saluran transmisi 150kV gangguan yang sering terjadi adalah backflashover dikarenakan tegangan akibat sambaran petir langsung pada menara dan kawat tanah yang mengakibatkan tegangan pada kawat fasa meningkat.
Besarnya nilai .
serta bentuk gelombang tegangan pada kawat fasa dipengaruhi oleh resistivitas tanah, resistansi pentanahan.
Pemodelan saluran transmisi 150kV dan injeksikan sumber tegangan induksi maksimum pada titik sambaran di menara dan kawat tanah saluran transmisi dengan menggunakan program Alternative Transients Program.
Hasil simulasi menunjukkan bahwa tegangan pada kawat fasa akan meningkat akibat sambaran petir langsung pada saluran transmisi 150kV yaitu 2133.
Tegangan pada kawat fasa C akan naik apabila resistivitas tanah dan resistansi pentanahan naik, nilai tegangan tertinggi pada tanah berbatu sebesar 2286kV.
Saat letak titik sambaran pada kawat tanah nilai tegangan pada kawat fasa 2594kV lebih besar saat sambaran dimenara transmisi yaitu 2286kV .
Pada kontruksi menara dua kawat tanah tegangan kawat fasa 2286kV lebih rendah dibandingkan satu kawat tanah yaitu 2900kV.
Sedangkan saat kawat tanah terhubung langsung ke tanah,nilai tegangan 2637kV lebih rendah dibanding saat kawat tanah menempel dimenara yaitu 2900kV.
Kata Kunci :
Sambaran langsung,jaringan transmisi 150 kV.
Parameter proteksi.
ATP (Alternative Transients Progra.
Abstract Lightning overvoltage occurred on voltage transmission line can cause damage to power systems, failure protection, and low voltage equipment.
In transmission line 150kV, damage is most frequent is due to direct stroke in ground wire and transmissonAos tower which cause backflashover so that voltage in phase wire increase .
The amplitude and wave shapes of lightning voltage are affected by: soil resistivity,grounding resistance.
Model of transmission line 150kV which was injected by lighting voltage through ground wire and tower by using Alternative Transient Program.
The simulation results showed that the voltage on phase wire would increase up to 2133.
3kV due to direct lightning strike on a transmission line 150kV.
The voltage of phase wire was increase when soil resistivity and ground resistance increase.
The highest voltage value is on rock ground at 2286kV.
When the lighting the ground wire, the value voltage of phase wire was 2594kV greater than the strike to transmissionAos tower in voltage value of 2286kV.
As the construction of the tower using two ground wire, the voltage in phase wire during lighting stroke was 2286kV and it is lower when it compared to the lighting strike to tower with one ground wire .
0kV) .
When the ground wire is connected directly to ground, the voltage is 2637kV and it was lower than the ground wire connected directly to the tower .
0kV).
Kata Kunci : direct lightning, transmission line 150 kV, parameters protection.
ATP (Alternative Transients Progra.
Pendahuluan Indonesia merupakan daerah tropik dimana hari guruh per tahun relatif lebih tinggi dibandingkan dengan negara lain seperti di Amerika dan Eropa.
Tingkat hari guruh per tahun di Indonesia adalah 100 sampai 200.
Kisaran ini menunjukkan adanya kecenderungan jumlah sambaran petir yang tinggi pada daerah Indonesia.
Pada sistem tenaga listrik, sambaran petir sering sekali terjadi terutama pada saluran transmisi.
Sambaran petir pada saluran transmisi dapat mengakibatkan banyak gangguan.
Gangguan akibat sambaran tidak langsung sering terjadi TRANSIENT.
VOL.
NO.
DESEMBER 2015.
ISSN: 2302-9927, 1014
pada saluran transmisi 20 kV sedangkan untuk saluran tegangan 150 kV sampai 500 kV ganguan sering terjadi akibat sambaran langsung.
Salah satu gangguan yang sering terjadi adalah backflashover yang diakibatkan sambaran langsung pada menara dan kawat tanah .
round wir.
Oleh karena itu diperlukan sistem untuk melindungi saluran transmisi tersebut dari sambaran petir.
Sistem perlindungan saluran transmisi ada beberapa cara yaitu perlindungan terhadap kawat fasa untuk mengantisipasi akibat adanya sambaran langsung dari petir, digunakan satu atau dua kawat tanah yang terletak di atas kawat fasa dengan sudut perlindungan kurang dari 18o.
Sedangkan untuk mengurangi tahanan kaki menara harus dilakukan pendekatan tahanan nilai kaki menara tidak melebihi 10 .
Untuk merencanakan suatu sistem pentanahan terdapat beberapa faktor yang perlu dipertimbangkan, antara lain tahanan jenis tanah, struktur tanah, keadaan lingkungan, biaya, ukuran dan bentuk sistemnya.
Pada umumnya tahanan jenis tanah yang memiliki nilai lebih rendah sangat efektif.
Pada setiap wilayah, memiliki struktur tanah yang berbeda sifat geologinya.
Sistem pentanahan pada kaki menara perlu diperbaiki karena hal-hal sebagai berikut : Seringnya terjadi gangguan akibat sambaran Bervariasinya kondisi tanah pada sekitar kaki menara saluran transmisi.
Perubahan iklim setiap tahunnya sehingga mempengaruhi resistansi tanah.
Pada penelitian ini, akan menganalisis sambaran langsung pada menara dan kawat tanah .
round wir.
saluran transmisi 150 kV.
Penelitian ini akan melihat perubahan nilai tegangan terhadap perubahan resistansi pentanahan, dimana nilai resistansi pentanahan dipengaruhi oleh nilai resistivitas jenis tanah.
Adapun jenis tanah yang di terapkan pada tugas akhir yaitu : tanah rawa, tanah ladang, tanah liat, tanah pasir basah, tanah kerikil basah, tanah pasir kering, tanah kerikil kering dan tanah berbatu.
Perhitungan nilai tegangan akibat sambaran langsung menggunakan ATPDraw.
Metode Pengumpulan Data Saluran Transmisi Tabel 1 .
Spesifikasi Panjang lengan menara kawat tanah Jari-jari lengan menara kawat fasa Jari-jari lengan menara kawat tanah Panjang .
3,385 1,35 untuk data saluran penghantar kawat fasa adalah sebagai Tabel 2.
spesifikasi data penghantar ACSR Luas Penampang .
Diameter .
Lilitan (Al/S.
Resistansi .
hm/k.
Reaktansi .
hm/k.
untuk data saluran penghantar kawat tanah adalah sebagai Tabel 3.
Spesifikasi data penghantar aluminium clad steel Luas Penampang .
Diameter .
Resistansi .
hm/k.
Reaktansi .
hm/k.
Tabel 4.
Tahanan Jenis Tanah .
Jenis Tanah Tanah Rawa Tanah Liat dan Tanah Ladang Pasir Basah Kerikil Basah Tanah Pasir dan Kerikil kering Tanah Berbatu Tahanan Jenis Tanah ( -.
Pemodelan Jaringan Pemodelan saluran transmisi akan dimodelkan dengan komponen-komponen yang ada dalam ATPdraw.
Komponen-komponen saluran transmisi yang dimodelkan diantara lain adalah saluran transmisi, menara transmisi, sumber tegangan induksi sambaran petir, serta pemodelan Berikut adalah pemodelan saluran Data spesifikasi saluran transmisi didapat dari PT.
PLN
Data yang diperoleh berupa data menara dan kawat penghantar pada kawat fasa dan kawa Berikut adalah spesifikasi menara transmisi :
Tabel 1.
Spesifikasi menara transmisi Spesifikasi Tinggi menara Lebar menara Jarak antar lengan menara Jarak lengan kawat fasa dan kawat tanah Panjang lengan menara kawat fasa Panjang .
4,435 Gambar 1.
Pemodelan Saluran Transmisi dua Kawat Tanah TRANSIENT.
VOL.
NO.
DESEMBER 2015.
ISSN: 2302-9927, 1015
Tabel 5.
Perhitungan nilai resistansi pentanahan Jenis tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir basah Tanah kerikil basah Tanah pasir dan kerikil kering Tanah berbatu Gambar 2.
Pemodelan Saluran Transmisi satu Kawat Tanah Resistivitas Jenis Tanah (Ohm-.
Resistansi Pentanahan (Oh.
dapat dilihat tabel 5.
Semakin besar nilai resistivitas jenis tanah maka kemampuan sistem pentanahan untuk memperoleh nilai resistansi pentanahan yang rendah akan semakin buruk.
Gambar 3.
pemodelan kawat tanah dipararelkan langsung ke sistem pentanahan Hasil dan Analisa Perhitungan Resistansi Pentanahan Pada perhitungan resistansi pentanahan menara digunakan elektroda dengan panjang 11 feet .
35 mete.
, diameter 9 cm dengan jarak antar elektroda sebesar 11,7 meter, yang disusun secara persegi.
Perhitungan resistansi menara dengan jenis tanah sebagai berikut .
Nilai Resistansi :
A EE
A .
L EE 4 2 0.
s 3 .
r EE R A 0.
366 Ohm Nilai Induktansi :
E E
E C 10 A7 E
L A 2l E ln EE
1/ 2 3 E
E E 2 s rE L A 12.
1 C 10 A7 Henry Nilai Kapasitansi Au rl 18 ln C A 10.
8 C 10 A10 Farad Dengan cara yang sama didapat hasil perhitungan resistansi pentanahan sebagai berikut:
Perhitungan Manual nilai tegangan Nilai tegangan pada kawat fasa dapat dihitung sebagai berikut .
2h E E E E ht A X 1 EE EE A Ab A Ka AE T A t EE E EA1 A K AT A d EET A 2E c EE E .
E 2h A X 1 E E V A e0 EA d 2 b EET A 2E t EE A Ab A Ka AE T A t EE A E c EE Ed 3 b 2 ET A 2E t E EE A Ab A Ka AE T A t EE c EE Dimana.
X1 = Jarak vertical antara kawat fasa paling bawah dengan puncak menara .
T = Waktu muka gelombang petir C = Kecepatan merambat gelombang .
meter per A = koefisien terusan pada puncak menara untuk gelombang yang datang dari dasar menara b = koefisien pantulan pada puncak menara untuk gelombang yang datang dari dasar menara d = koefisien pantulan pada dasar menara untuk gelombang yang datang dari puncak menara ht = tinggi menara .
K = faktor gandengan antara kawat fasa dan kawat maka dengan persamaan 4 didapat hasil perhitungan pada tabel 6 dan tabel 7, dapat dilihat kenaikan resistansi pentanahan dipengaruhi oleh meningkatnya nilai resistivitas jenis tanah.
Kenaikan resistansi pentanahan ini yang akan mempengaruhi nilai tegangan.
Nilai tegangan semakin meningkat ketika nilai resistansi pentanahan meningkat, hal ini di karenakan koefisien pantulan pada dasar menara .
akan semakin kecil apabila nilai resistansi pentanahan semakin meningkat.
TRANSIENT.
VOL.
NO.
DESEMBER 2015.
ISSN: 2302-9927, 1016
Simulasi Sambaran Petir Langsung Pada Saluran Transmisi Sambaran petir langsung pada saluran transmisi ini disimulasikan pada 3 jenis konstruksi menara yaitu menara dengan satu kawat tanah ,dua kawat tanah dan kawat tanah yang langsung terhubung ke sistem pentanahan dengan pemodelan sperti gambar 4, gambar 5, dan gambar 6.
Berikut adalah gelombang hasil simulasi pada jenis tanah rawa:
Gambar 4.
Gelombang mula tegangan saat sambaran dimenara pada saluran dengan dua kawat dan kawat fasa akan mempengaruhi besar impedansi surja bersama antara kedua kawat, sehingga mempengaruhi nilai faktor gandengan antara kawat fasa dan kawat tanah Semakin kecil nilai faktor gandengan maka semakin besar tegangan yang mengalir pada kawat fasa tersebut.
Rekapitulasi perhitungan Tegangan Kawat Fasa antara Atpdraw dengan Perhitungan Manual pada Menara Dua Kawat Tanah Hasil rekapitulasi nilai tegangan di tinjau pada kawat fasa C dan letak titik sambaran yaitu pada menara dan kawat Pada tabel 8, dapat dilihat hasil rekapitulasi perhitungan tegangan pada ATPDraw dan perhitungan manual pada menara yang memiliki dua kawat Tegangan saat terjadi sambaran pada menara lebih kecil dibandingkan tegangan saat terjadi sambaran pada kawat tanah, hal ini dikarenakan impedansi surja kawat tanah lebih tinggi dibandingkan impedansi surja menara.
Pada jenis tanah rawa dengan resistivitas tanah 30 ohmmeter memiliki nilai resistansi pentanahan 0,366 ohm, pada perhitungan manual tegangan kawat fasa saat sambaran pada menara 1502,199 kV dan sambaran pada kawat tanah 1778.
056kV sedangkan dengan perhitungan ATPDraw, tegangan saat sambaran pada menara 2012 kV .
elisih tegangan sebesar 509,80kV) dan saat sambaran pada kawat tanah 2248 kV .
elisih tegangan 469,94 kV).
Tegangan .
V) Gambar 6.
Gelombang mula tegangan saat sambaran dikawat tanah pada saluran dengan satu kawat perhitungan manual sambaran menara Perhitungan manual sambaran kawat tanah Perhitungan ATPDraw sambaran menara Perhitungan ATPDraw sambaran kawat tanah Resistansi Pentanahan (Ohm-mete.
Gambar 8.
Grafik rekapitulasi tegangan perhitungan manual dengan ATPdraw dua kawat tanah Dari gambar 12 terlihat bahwa nilai tegangan dari kedua hasil perhitungan akan semakin bertambah apabila nilai resistivitas tanah dan resistansi pentanahan semakin Gambar 7.
Gelombang mula tegangan saat sambaran dimenara pada saluran dengan kawat tanah yang terhubung langsung kesistem pentanahan Nilai tegangan pada fasa C lebih besar dari fasa A dan B, oleh karena itu fasa C akan terlebih dahulu mengalami flash akibat fenomena backflashover.
Pada saat terjadi backflashover, arus yang besar akan mengalir pada titik sambaran, sehingga terjadi perubahan impedansi penghantar .
eperti kawat tanah dan kawat fas.
pada daerah titik sambaran.
Perubahan impedansi kawat tanah Rekapitulasi perhitungan Tegangan Kawat Fasa antara Atpdraw dengan Perhitungan Manual pada Menara Satu Kawat Tanah Hasil rekapitulasi nilai tegangan di tinjau pada kawat fasa C dan letak titik sambaran yaitu pada menara dan kawat Pada tabel 9, tegangan saat terjadi sambaran pada menara lebih kecil dibandingkan tegangan saat terjadi sambaran pada kawat tanah, hal ini dikarenakan impedansi surja kawat tanah lebih tinggi dibandingkan impedansi surja menara.
Pada jenis tanah rawa dengan resistivitas tanah 30 ohm-meter memiliki nilai resistansi TRANSIENT.
VOL.
NO.
DESEMBER 2015.
ISSN: 2302-9927, 1017
Tegangan .
V) pentanahan 0,366 ohm, pada perhitungan manual tegangan kawat fasa saat sambaran pada menara 1802,194 kV dan sambaran pada kawat tanah 3190,655 kV sedangkan dengan perhitungan ATPDraw 2547 kV .
erbedaan sebesar 744.
806 kV) saat sambaran pada menara dan 3825 kV .
erbedaan sebesar 634,34 kV) saat sambaran pada kawat tanah.
Sambaran menara dua kawat tanah Sambaran kawat tanah dua kawat Sambaran menara satu kawat tanah Tegangan .
V) 30 100 200 500 1000 3000 Resistansi pentanahan (Ohm-mete.
Perhitungan manual sambaran Perhitungan manual sambaran kawat tanah Perhitungan ATPDraw sambaran Perhitungan ATPDraw sambaran kawat tanah Gambar 9.
Grafik rekapitulasi tegangan perhitungan manual dengan ATPdraw satu kawat tanah Rekapitulasi Perhitungan Tegangan Kawat Fasa pada Menara Satu Kawat Tanah dan Dua Kawat Tanah Hasil rekapitulasi nilai tegangan di tinjau pada kawat fasa C dikarenakan kawat fasa C terlebih dahulu mengalami flash dari pada kawat fasa A dan B.
Pada tabel 10,nilai tegangan pada satu kawat tanah memiliki tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan tegangan saat sambaran pada dua kawat tanah.
Hal ini dikarenakan,nilai faktor gandengan antara kawat tanah dengan kawat fasapada menara dengan satu kawat tanah lebih kecil dibanding menara dua kawat tanah.
Nilai tegangan juga dipengaruhi oleh nilai impendasi kawat tanah dengan satu kawat tanah memiliki impendasi lebih besar dari pada dengan dua kawat tanah.
Semakin besar nilai impedansi maka tegangan akan semakin besar.
500 1000 3000
Resistansi pentanahan (Ohm-mete.
Gambar 10.
Grafik rekapitulasi tegangan perhitungan simulasi antara satu kawat tanah dan dua kawat tanah Rekapitulasi Perhitungan Tegangan Kawat Fasa Antara Saluran dengan Kawat Tanah Langsung Ketanah Dengan Kawat Tanah yang Menempel Dengan Menara Pada tabel 11, dapat dilihat perbandingan nilai tegangan yang kawat tanahnya menempel pada menara dan yang langsung ke sistem pentanahan.
Nilai tegangan pada saat kawat tanah langsung ke tanah lebih kecil dibandingkan dengan nilai tegangan yang menggunakan sistem kawat tanah yang menempel pada menara.
Hal ini dikarenakan kawat tanah langsung ke tanah memiliki nilai impedansi yang lebih kecil dibandingkan dengan impedansi kawat tanah yang menempel pada menara.
Hal ini diperjelas oleh grafik pada gambar 4.
Tegangan .
V) Sambaran kawat tanah satu kawat kawat tanah langsung ke kawat tanah pada menara Resistansi pentanahan (Ohm-mete.
Gambar 11.
Perbandingan nilai tegangan antara kawat tanah langsung ke tanah dan menempel ke TRANSIENT.
VOL.
NO.
DESEMBER 2015.
ISSN: 2302-9927, 1018
Tabel 6.
Perhitungan Nilai Tegangan saat terjadi sambaran petir pada dua kawat tanah Jenis tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir Tanah kerikil Tanah pasir dan kerikil Tanah berbatu Tegangan Sambaran menara .
V) Fasa A Fasa B Fasa C Tegangan Sambaran Kawat Tanah .
V) Fasa A Fasa B Fasa C Resistivitas Jenis Tanah (Ohm-.
Resistansi Pentanahan (Oh.
Tabel 7.
Perhitungan Nilai Tegangan saat terjadi sambaran petir pada satu kawat tanah Jenis tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir Tanah kerikil Tanah pasir dan kerikil Tanah Tegangan Sambaran menara .
V) Fasa A Fasa B Fasa C Tegangan Sambaran Kawat Tanah .
V) Fasa A Fasa B Fasa C Resistivitas Jenis Tanah (Ohm-.
Resistansi Pentanahan (Oh.
Tabel 8.
Rekapitulasi perhitungan nilai tegangan kawat fasa menggunakan ATPDraw dengan perhitungan manual pada menara dua kawat tanah Jenis Tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir basah Tanah kerikil basah Tanah pasir dan kerikil Tanah berbatu Tegangan PerhitunganK.
Sambaran Sambaran Kawat Menara Tanah Tegangan Hasil Simulasi (K.
Sambaran Sambaran Kawat Menara Tanah Resistivitas Tanah (Ohm-Mete.
Resistansi Pentanahan (Oh.
Tabel 9.
Rekapitulasi tegangan pada kawat fasa ATPDraw dengan perhitungan manual satu kawat tanah Jenis Tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir basah Tanah kerikil basah Tanah pasir dan kerikil kering Tanah berbatu Resistansi Pentanahan (Oh.
Resistivitas Tanah (Ohm-Mete.
Tegangan Perhitungan (K.
Sambaran Sambaran Kawat Menara Tanah Tegangan Hasil Simulasi (K.
Sambaran Sambaran Kawat Menara Tanah TRANSIENT.
VOL.
NO.
DESEMBER 2015.
ISSN: 2302-9927, 1019
Tabel 10.
Rekapitulasi tegangan kawat fasa pada menara satu kawat tanah dan dua kawat tanah Jenis Tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir basah Tanah kerikil basah Tanah pasir dan kerikil kering Tanah berbatu Tegangan Simulasi Pada Dua Kawat Tanah (K.
Sambaran Sambaran Kawat Menara Tanah Tegangan Simulasi Pada Satu Kawat Tanah (K.
Sambaran Sambaran Kawat Menara Tanah Resistivitas Tanah (Ohm-Mete.
Resistansi Pentanahan (Oh.
Tabel 11.
Perbandingan kawat tanah terhubung kepentanahan dengan ke menara Jenis tanah Tanah rawa Tanah ladang Tanah pasir Tanah kerikil Tanah pasir dan kerikil Tanah berbatu Resistivitas Jenis Tanah (Ohm-.
Resistansi Pentanahan (Oh.
Tegangan kawat tanah langsung ke tanah.
V) Tegangan kawat tanah menempel ke menara .
V) Fasa A Fasa B Fasa C Fasa A Fasa B Fasa C Kesimpulan Kesimpulan yang didapat dari analisis hasil perhitungan Sambaran petir langsung pada menara dan kawat tanah pada saluran transmisi 150 kV dapat menimbulkan gangguan yang diakibatkan backflashover dimana gangguan tersebut dapat merusak peralatan yang ada pada sistem.
Pada tabel 5, hubungan antara resistivitas jenis tanah dengan nilai resistansi pentanahan adalah semakin besar nilai resistivitas jenis tanah maka nilai resistansi pentanahan akan semakin besar.
Nilai resistansi pentanahan tertinggi terjadi pada jenis tanah berbatu 6 Ohm, sedangkan nilai induktansi dan kapasitansi tidak terpengaruhi oleh perubahan jenis tanah, hanya di pengaruhi oleh panjang elektroda.
Pada tabel B1 menunjukan bahwa :
Hubungan antara resistansi pentanahan dengan nilai tegangan pada kawat fasa adalah semakin besar nilai resistansi pentanahan maka nilai tegangan pada kawat fasa akan semakin besar.
Pada hasil perhitungan nilai tegangan tertinggi terjadi pada jenis tanah berbatu yaitu 2286kV dengan nilai resistansi pentanahan sebesar 36.
Ohm pada menara dengan dua kawat tanah.
saat terjadi sambaran petir pada saluran transmisi 150 kV yang mengakibatkan terjadinya gangguan akibat backflashover, nilai tegangan pada kawat fasa C akan lebih besar dibandingkan fasa A dan fasa B sehingga kawat fasa C akan mengalami flash terlebih dahulu.
Pada tabel B1, nilai tegangan akibat sambaran petir pada tiang menara lebih kecil .
6 kV) dibanding nilai tegangan akibat sambaran petir pada kawat tanah .
4kV).
Pada tabel B3, nilai tegangan akibat sambaran petir pada menara dengan satu kawat tanah lebih besar .
0 kV) dibanding nilai tegangan akibat sambaran petir pada menara dengan dua kawat tanah .
6 kV).
Pada tabel B4, saat terjadi sambaran di puncak menara pada sistem saluran transmisi yang kawat tanahnya terhubung langsung ke sistem pentanahan diperoleh tegangan sebesar 2900 kV lebih rendah dibandingkan dengan sistem yang kawat tanah nya menempel pada menara yaitu menghasilkan tegangan 2637 kV.
Referensi