MAKALAH ISOLASI TEGANGAN TINGGI TENTANG KARAKTERISTIK ISOLASI PENERAPAN ARRESTER

MAKALAH  

ISOLASI TEGANGAN TINGGI

TENTANG

KARAKTERISTIK ISOLASI

PENERAPAN ARRESTER

OLEH:

• RAHMAD TAHER NASUTION    5132131008
• WIJAYA PUTRA SAGALA        5132131018
• IMAM SYAFII                5132131005
• HERYADIK SIMATUPANG        5132131004
• SYAHMULIA                5132131012

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MEDAN

2014

DAFTAR ISI

Kata pengantar............................................................................................................................i

Daftar Isi....................................................................................................................................ii

Bab I Pendahuluan........................................................................................................1

Bab II Pembahasan .......................................................................................................4

Bab III Penutup............................................................................................................14

Daftar Pustaka..........................................................................................................................15

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan nikmat dan karunianya kepada penulis, sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat waktu . Penulisan makalah ini untuk memenuhi tugas mata kuliah Isolasi Tegangan Tinggi.

Penulis mengakui dalam penulisan masih jauh dari kesempurnaan.Oleh karena itu, diharapkan saran dan kritikan dari pembaca demi tercapainya kesempurnaan tugas ini . Atas perhatiannya, penulis ucapkan terimakasih.

                                Medan,11 September 2014

                                   

BAB I

PENDAHULUAN

1.URAIAN MATERI

Persoalan isolasi adalah salah satu dari beberapa persoalan yang terpenting dalam teknik tenaga listrik pada umumnya, dan teknik tegangan tinggi pada khususnya, oleh karena ia menyangkut persoalan pokok bidang teknik, dan ekonomi. Isolasi yang dipakai dalam setiap peralatan tenaga listrik, terutama peralatan tegangan tinggi, merupakan bagian terbesar dari pada biaya yang diperlukan untuk membuat peralatan tersebut. Oleh sebap itu pemakaian isolasi haruslah rasionil, artinya tingkat isolasi yang ada (yang dipakai dalam sistem tenaga listrik atau masyarakat) harus didasarkan atas norma-norma tertentu dan dengan jumlah tingkat yang tertentu pula. Kecuali itu pemakaian isolasi harus seekonomis mungkin, dengan tidak mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Di pihak lain dikenal alat-alat pelindung yang dipasang guna melindungi peralatan tersebut (artinya: isolasinya) dari bahaya-bahaya tegangan lebih luar dan dalam.

    Koordinasi isolasi mempunyai dua tujuan :

• Perlindungan terhadap peralatan
• Penghematan (ekonomi).

2.SEJARAH PERKEMBANGAN

Sebelum perang dunia ke-1 koordinasi isolasi mendapatperhatian sedikit sekali dan sukar dapat dilaksanakan karena tidak adanya data pokok yang diperlukan. Sedikitsekali diketahui mengenai karakteristik petir dan saluran transmisi dan pengaruhnya pada peralatan tenaga. Lebih kurang lagi pengetahuan para insinyur mengenai daya isolasi peralatan itu sendiri terhadap petir, dan karakteristik alat-alat pelindung (terutama arester petir) serta pengetrapannya belum benar-benar dimengerti. Akibatnya ialah bahwa cara mengisolasi adalah cara mencoba-coba belaka, sehingga ada bagian yang isolasinya kurang, sedangkan ada bagian-bagian yang isolasinya berkelebihan. Di amerika serikat tendensi pada waktu itu adalah dengan menaikkan isolasi pada jala-jala transmisi dan mengurangi isolasi peralatan di gardu.hal ini tentu mengakibatkan banyaknya lompatan api terjadi pada peralatan tersebut.

Dalam masa tiga puluh tahun sesudah itu dilakukan penyelidikan dan riset yang menghasilkan :

1. Penemuan sifat petir pada transmisi dan karakteristiknya pada waktu mendekati gardu;
2. Penentuan daya isolasi peralatan, bukan saja peralatan yang berisolasi udara, misalnya isolator dan bushing, tetapi juga peralatan yang lebih sulit dan mahal seperti trafo,bushing istimewa, dll.;
3. Penemuan tegangan impuls standar dan cara pengujian trafo untuk menentukan daya impulsnya;
4. Karakteristik alat-alat pelindung terutama arester;dari hasil-hasil pengujian di lapangan surya arus-arus petir (besar dan kecepatan naiknya) ditetapkan;tingkat perlindungan arester ditentukan dan dipakai dalam koordinasi isolasi;
5. Dengan ditetapkannya gelombang implus standar dan dengan diketemukannya osilograp maka didapatkan data lain yang diperlukan guna memecahkan persoalan koordinasi isolasi, misalnya karakteristik volt waktu dari isolasi dan peralatan, tingkat perlindungan dari arester untuk bentuk gelombang yang beraneka ragam, karakteristik impuls dari udara (isolator,bushing,dsb.);
6. Penentuan tingkat isolasi impuls dasar (Basic Impulse Insulation level,disingkat BIL) yang didefinisikan sebagai “tingkat-tingkat patokan (reference levels) dinyatakan dalam tegangan puncak impuls dengn gelombang standar.

3.PRINSIP DAN PENGERTIAN DASAR

Rasionalisasi dari pada isolasi suatu sistem dan implementasi dari pada koordinasi isolasi menyangkot prinsip-prinsip tertentu yang didalam praktek berupa aturan-aturan sebagai berikut :

1. Arester petir (lighthing arrester) dipakai sebagai alat pelindung pokok.
2. Tegangan sistem mempunyai tiga harga:
1. Tegangan nominal
2. Tegangan dasar (rated)
3. Tegangan maksimum.
3. Ada 2 macam sistem : yang netralnya di isolasikan  (isolated neutral system) dan yang di bumikan  secara efektif (effectyfely grounded system).Pada kedua sistem ini tegangan transmisi maksimumnya dapat mencapai 105% dari tegangan dasar.
4. Tegangan dasar (rating) yang dipakai pada arrester adalah tegangan maksimum frekwensi rendah (50 c/s) di mana arrester tersebut bekerja dengan baik. Pada sistem terisolasi, arrester harus  mempunyai tegangan dasar maksimum  tidak melebihi tegangan dasar maksimum dari pada sistem. Arrester demikian ini disebut dengan tegangan dasar penuh atau arester 100%. Pada sistem yang dibumikan, tegangan dasar maksimum dari pada arester dapat diturunkan menjadi 80% dari tegangan sistem maksimum. Cara dan aplikasi khusus memungkinkan pemakaian arester 75-80%.
5. Dalam menentukan isolasi trafo, dipakai isolasi yang dikurangi (reduced inulation), yaitu tingkat isolasi yang lebih rendah dari pada apa yang telah ditetapkan dalam standar seperti yang terdapat pada tabel 5.1
6. Dua unsur utama koordinasi isolasi yang penting ialah karakteristik volt waktu dari isolasi yang harus dilindungi dan karakteristik pelindung dari arester. Pada tegangan tinggi sekali (EHV, UHV) ada 2 pasang karakteristik yang perlu di perhatikan, satu untuk surja petir dan satu lagi untuk surja hubung.

BAB II

PEMBAHASAN

    1.Karakteristik Isolasi

    A).Lengkung Volt-Waktu (Volt-Time Curve)

Sesudah diberikan ketentuan mengenai karakteristik alat-alat pelindung,maka akan dibahas jenis-jenis tegangan petir atau surja lain yang harus dilindungi oleh arester tersebut seperti pada gambar 1. Lengkung volt-waktu adalah lengkung yang menghubungkan puncak-puncak tegangan lompatan api bila sejumlah impuls dengan bentuk tertentu diterapkan pada isolasi,dengan perkataan lain lengkung volt-waktu adalah tempat kedudukan titik-titik dengan koordinat (tlompatan,vmaks).

Gambar 1.Karakteristik Surja pada kawat transmisi yang sampai pada gardu.

A = Gelombang Impuls yang datang           

B = Gelombang cepat,terpotong pada muka

C = Gelombang terpotong pada ekor

D = Gelombang penuh

E = Lengkung Volt-waktu

F = Gelombang terpotong pada puncak

G = Gelombang terpotong pada ekor dengan kemungkinan loncatan 50%

B).Karakteristik Trafo

Lengkung volt-waktu diatas adalah lengkung dasar yang dipakai sebagai dalam pengujian inpuls terhadap trafo tenaga yang sudah diterapkan .

Pengujian trafo dilakukan terutama karena trafo adalah alat yang termahal dalam gardu,sehingga kegagalannya berarti keluarnya dari pemakaian yang memakan waktu dan uang.

Tingkat impuls dapat ditentukan oleh :

a).Tegangan gagal dari isolasi utama (terhadap tanah),

b).Tegangan gagal dari isolasi lainnya (antara lilitan dan gulungan),

c).Tegangan lompatan api dari bushing,

d).Kombinasi dari tegangan-tegangan diatas,

Karakteristik impuls dari isolasi dalam (internal) berbeda dengan isolasi diudara dalam dua hal.Pertama perbandingan impuls (kegagalan minimum terhadap impuls dibagi kegagalan terhadap 50 c/s) untuk isolasi trafo adalah 2,1 sampai 2,2, sedangkan   untuk sela batang,isolator dan bushing kira-kira 1,5 atau kurang.Kedua,tegangan gagal dari isolasi (utama) trafo tidak banyak berubah dengan waktu sesudah beberapa mikrodetik.

Gambar 2.Karakteristik Isolasi Trafo.

   

C).Karakteristik Lompatan Api dari Sela-Batang dan Isolator

    Menurut standar Amerika adalah sela batang yang terdiri dari dua batang persegi empat dipotong rata (square-cornered,square cut) berukuran 0,5 inci,dipasang koaksial dan menggantung dari titik penyangganya setengah jarak sela.Kedua batang dipasang diatas isolator standar sehingga tinggi dari permukaan tanah 1,3 kali jarak sela ditambah 4 inci dengan toleransi 10%, liat gambar 3 :

       

    Gambar 3. Karakteristik Lompatan Api dari Sela-Batang dan Isolator

    Sekarang teknik laboratorium sudah lebih maju sehingga tingkat isolasi dapat dinyatakan dalam tegangan. Meskipun demikian sela-batang sekarang pun masih dipakai sehingga iformasi mengenai karakteristik lompatan apinya perlu diketahui; periksa gambar 4 (gelombang positif 1,5 x 40) dan Gambar 5 (sela 40 inci).

Gambar 4 dan Gambar 5 Karakteristik Lompatan Api dari Sela-Batang dan Isolator (Gelombang positif 1,5 x 40) dan (sela 40 inci).

    Isolator gantung dan isolator peralatan memegang peranan penting dalam koordinasi peralatan gardu, tidak hanya dalam penentuan tingkat isolasi tetapi juga dalam penentuan besarnya surja yang memasuki gardu. Isolator gantung biasanya terdiri dari tiga unit berdiameter 10 inci dalam satu gandeng dengan jarak 5  34  inci. Isolator peralatan biasanya terdiri dari dua macam : pedestal dan post. Karakteristik dari dua macam isolasi tertera pada Gambar 5 (Impuls 1,5 x 40 positif untuk isolator gantung) dan Gambar 6 (Impuls 1,5 x 40 positif untuk isolator gantung)

Gambar 5 dan Gambar 6 Karakteristik Isolator(Impuls 1,5 x 40 Positif Untuk Isolator Gantung) dan (Impuls 1,5 x 40 Positif Untuk Isolator Peralatan)

    Berhubung dengan adanya kapasitor terhadap tanah dan antara sebuah isolator dengan yang lain (periksa distribusi tegangan pada trafo), maka distribusi tagangan pada segandeng isolator gantung tidak linier, seperti terlihat pada Gbr.5.

    Pada gambar ini isolator ke-5 dalam segandeng 10 isolator mempunyai tegangan hanya 7% dari seluruh tegangan.)

    Distribusi tagangan yang tak seragam untuk dapat dipebaiki dengan menggunakan cincin pelindung (grading rings) dan tanduk (horns). Cincin ini juga berguna untuk melindungi isolator bila terjadi lompatan api, karena api yang terjadi melompati kedua cincin yang ada (tidak mengenai isolator).

D. Karakteristik Impuls Alat-Alat Gardu Lain

    Kecuali trafo tegangan, didalam gardu induk juga terdapat trafo instrumen, pemutus beban (circuit breakers), pemisah (disconect-switches), dan isolator ril yang dapat terkena petir. Pada beberapa gardu sekarang juga terdapat reaktor(induktor) dan alat-alat pengatur. Semua alat ini harus dilindungi dan untuk itu mereka harus memenuhi ketentuan-ketentuan BIL, sebagai tertera pada Tabel 5.1.  pengujian ketahanan impuls untuk alat-alat ini dapat dilihat pada tabel-tabel standart

E. Memburuknya Isolasi

    Sebuah faktor yang perlu diperhatikan dalam menganalisa karakteristik isolasi adalah kemungkinan memburuknya selama dipakai. Karakteristiknya mungkin baik sekali pada waktu masih baru, tetapi apakah sifat ini dapat dipertahankan sesudah dipakai selama 10, 20 atau 50 tahun ?  porselin sedikit sekali memburuknya selama dipakai, demikian pula minyak dan serat (pada trafo).

    Meskipun isolator jaman sekarang dapat dikatakan memenuhi syarat bila dipelihara dan dirawat dengan baik, tetapi faktor pemburukan harus diingat waktu menentukan selisih(margin) antara daya isolasi alat dan tingkat perlindungannya.

2.PENERAPAN ARESTER

    A). Beberapa Azas

        Agar pemakaian arester dalam koordinasi isolasi dapat memberikan hasil yang maksimal perlu diikuti azas-azas brikut:

1. Sebagai disinggung dimuka tegangan dasar 50 c/s daripada arester dipilih sedemikian rupa sehingga nilainya tidak dilampaui pada waktu dipakai, baik dalam keadaan normal maupun hubung singkat.
2. Arester ini akan memberikan perlindungan bila ada selisih (margin) yang cukup antara tingakat arester dan peralatan.

Daerah perlindungan harus mempunyai jangkau (range) cukup untuk melinudungi semua peralatan gardu yang mempunyai BIL yang harus dilindungi arester, atau lebih tinggi dari daerah perlindungan.

3. Arester harus dipasang sedekat mungkin kepada peralatan utama dan tahanan tanahnya rendah.
4. Kapasitas termis arester harus dapat meneruskan arus besar yang berasal dari simpanan tenaga yang terdapat dalam saluran yang panjang.
5. Jatuh tegangan maksimum dari arester dipakai sebagai tingkat perlindungan arester ( bukan jatuh tegangan rata - rata ).
6. Sebuah harga tegangan pelepasan arus –petir harus ditetapkan untuk menentukan tingkat perlindungan arester yang harus dikoordinasikan dengan BIL sekarang dipakai dua macam arus : 5000 dan 10000 A.
7. Pengaruh dari sejumlah kawat ( multiple- lines) dalam melindungi kegawatan petir pada gardu perlu diperhatikan pengetrapan arester.
8. Bila ada keragu-raguan mengenai kemampuan 50 c/s dari erester, maka sejumlah persentase ditambahkan pada harga yang dihitung atau ditetapkan untuk arester. Sekarang masih dipakai tambahan 10%

B). pemilihan arester

    Sebagai sudah disinggung di muka faktor pertama yang menentukan dalam pemilihan arester adalah macam pembumian, oleh karena hal ini menentukan besarnya tegangan kawat maksimum ( terhadap tanah) dalam keadaan hubung singkat. Tegangan maksimum ini dapat dihitung bila diketahui konstanta komponen simetris dari pada sistem, macam hubung singkat dan tanahnya, dan macam pembumian. Bila tegangan tidak dapat dihitung dengan teliti, maka Gambar 5.21 dan Gambar 5.22 dapat dijadikan pegangan dalam pemilihan arester. Lengkung dari Gambar 5.21 menunjukkan tegangan kawat ke tanah maksimum dalam keadaan hubung singkat untuk sistem tak dibumikan sebagai fungsi dari XoX1 , dengan konstanta lain sebagai parameter. Dalam gambar 5 yang berlaku bagi sistem yang dibumikan di tunjukkan R0X1  sebagai fungsi dari X0X1 dengan konstanta lain sebagai parameter. Dalam gambar 5 yang berlaku bagi sistem yang dibumikan ditunjukkan R0X1 sebagai fungsi dari X0X1 untuk beberapa harga tegangan kawat ke tanah maksimum dalam keadaan hubung singkat, dengan R1X1 sebagai parameter kedua. Lengkung – lengkung menyatakan tegangan maksimum di tempat terjadinya hubung singkat.

Xo = Reaktansi induktif urutan nol

X1 = Reaktansi sub-transien urutan positif

Ro = Tahanan urutan nol

X2 = Reaktansi urutan negatif

Gambar 7. Lengkung Tegangan Kawat Ketanah Maksimum Dalam Keadaan Hubung-Singkat Untuk Sistem Tak Dibumikan Sebagai Fungsi Dari X0/X1     

   

Gambar 8. Karakteristik Arester Berbagai Tegangan

    C.Koordinasi alat pelindung dengan isolasi peralatan

    Faktor yang perlu diperhatikan antara lain :

    a).Tegangan gagal ditentukan oleh kecepatan naiknya tegangan

b).Tegangan pelepasan ditentukan oleh kecepatan naiknya arus surja dan besarnya arus surja tersebut.

c).Jarak antara arester dan isolasi yang harus dilindungi mempengaruhi besarnya tegangan yang sampai pada isolasi tersebut.

d).Kegawatan surja tergantung baik buruknya perlindungan terhadap gardu.

Untuk gelombang berjalan yang datang pada sebuah gardu yang terletak diujung,arus pelepasan dalam arester ditentukan oleh tegangan maksimum yang diteruskan oleh kawat (isolasinya),oleh impedansi surja dari pada kawat,dan oleh karakteristik dari arester sebagai berikut :

    Ia = 2V-VaZ

Dimana :    Ia = arus pelepasan arrester

        V = besarnya arus surja yang datang

        Va = tegangan terminal arrester

        Z = impedansi surja daripada kawat transmisi

Gambar 9.Peralatan Gardu dan Karakteristik Perlindungan

Urutan dari tingkat isolasi diuraikan secara terperinci dalam sebuah risalah kelasik.Pada pokoknya urutan itu ditentukan dengan tujuan :

    a).mengurangi interupsi seminimum mungkin

    b).mengurangi bahaya interupsi total sekecil mungkin dan,

c).memperkecil sejauh mungkin bahaya perbaikan yang diakibatkan oleh kerusakan dan interupsi.

TABEL : Tingkat Isolasi Berdasarkan Posisi.

       

   

BAB III

PENUTUP

    A.KESIMPULAN

    Persoalan isolasi adalah salah satu dari beberapa persoalan yang terpenting dalam teknik tenaga listrik pada umumnya, dan teknik tegangan tinggi pada khususnya, oleh karena ia menyangkut persoalan pokok bidang teknik, dan ekonomi. Isolasi yang dipakai dalam setiap peralatan tenaga listrik, terutama peralatan tegangan tinggi, merupakan bagian terbesar dari pada biaya yang diperlukan untuk membuat peralatan tersebut. Oleh sebap itu pemakaian isolasi haruslah rasionil, artinya tingkat isolasi yang ada (yang dipakai dalam sistem tenaga listrik atau masyarakat) harus didasarkan atas norma-norma tertentu dan dengan jumlah tingkat yang tertentu pula. Kecuali itu pemakaian isolasi harus seekonomis mungkin, dengan tidak mengurangi kemampuannya sebagai isolator. Di pihak lain dikenal alat-alat pelindung yang dipasang guna melindungi peralatan tersebut (artinya: isolasinya) dari bahaya-bahaya tegangan lebih luar dan dalam.

    B.SARAN

    Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi para pembaca untuk meningkatkan pemahaman dan penguasaan tentang perhitungan koordinasi isolasi.

Daftar Pustaka

    -Buku Diktat ISOLASI TEGANGAN TINGGI

    disusun :

    Ir.Mustamam NST,M.T.

    Drs.Ir.A.H.Butar Butar,M.T

    A.Sinuraya,S.T,M.T

    Agus Junaidi,S.T,M.T

-koordinasi isolasi - SlideShare

http://www.slideshare.net/dinisetyadi/koordinasi-isolasi

- Perencanaan Koordinasi Isolasi Peralatan Tegangan Tinggi Gardu ...

- Koordinasi isolasi pada gardu induk 500 kv yang memperhatikan ...

Koordinasi isolasi pada gardu induk 500 kv yang memperhatikan bentuk gelombang surja petir dengan menggunakan elektromagnetik transients program