Download - KAWAT TANAH revisi 2
SISTEM DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK
PENGAMAN SURJA KAWAT TANAH
( TE6509 )
Oleh:
I Wayan Cahyadi Saputra 0604405020
A. A Ngurah Surya Cahya 0704405034
I Made Heri Septiawan 0704405037
I Gusti Agung Ngurah Ary Suwadnyana 0704405059
Fauzi Aditya Wahyudi 0704405065
Wayan Wahyu Setiawan 0704405079
1
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS UDAYANA
BUKIT JIMBARAN
2010
KAWAT TANAH (OVERHEAD GROUNDWIRE) SEBAGAI
PENANGKAL SURJA PETIR
Abstrak
Didunia kelistrikan sering kita jumpai istilah surja petir. Petir merupakan
fenomena alam yang sering kita jumpai di kehidupan sehari-hari. Secara teoritis
petir terjadi karena terpisahnya muatan positif dan muatan negative pada awan
sehingga terjadi loncatan muatan listrik. Loncatan muatan listrik ke bumi inilah
kita sebut dengan petir.
Jika sambaran dari petir tadi mengenai system distribusi tenaga listrik
atau kita kenal dengan istilah surja petir, maka komponen-komponen dan
peralatan dari system distribudsii akan rusak sehingga menimbulkan kegagalan
dalam system distribusi tenaga listrik.dari fenomena diatas maka dibuatlah
system-sistem sebagai penangkal surja petir dalam sitem distribusi tenaga
listrik,salah satunya adalah kawat tanah (overhead groundwire).
Kata kunci : kawat tanah (overhead groundwire)
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kawat tanah (overhead groundwire) adalah salah satu pengaman system
tenaga listrik dari ancaman surja petir, dalam hal ini lebih mengkhususkan
pada pendistribusian tenaga listrik. Surja sendiri adalah suatu fenomena
dimana terjadi kenaikan tegangan secara ekstrem (bisa mencapai 170 KV)
dalam waktu yang sangat singkat (dalam milisekon). Jika surja petir mengenai
system tenaga listrik dalam hal ini pendistribusin maka akan menimbulkan
kerusakan peralatan listrik pada media distribusi terutama pada yang memang
merupakan “sasaran sambaran petir”.
Untuk menghidari kerusakan peralatan listrik akibat surja petir, dibuatlah
system-sistem untuk menangkal surja petir, salah satunya adalah kawat tanah
(overhead groundwire). Kawat tanah adalah kawat yang dipasang didekat
ataupun sejajar dengan kawat fasa pada system distribusi listrik sehingga jika
terjadi sambaran petir yang terkena adalah kawat tanah bukan kawat fasanya
sehingga peralatan lisrik pada system distribusi tidak mengalami kerusakan.
Sambaran petir yang mengenai kawat tanah akan ditanahkan (ground) secara
langsung atau tidak langsung melalui sela pendek.
1.2 Rumusan Masalah
Dari latar belakang yan disampaikan, rumusan masalah yang di dapat:
- Bagaimana prinsip kerja kawat tanah (overhead grounding) sebagai
penangkal sambaran petir pada system distribusi tenaga listrik
3
- Bagaiman cara untuk meningkatkan performa perlindungan dari kawat
tanah (overhead grounding)?
- Bagaimana aplikasi pemakain kawat tanah sebagai penangkal surja petir di
Indonesia?
1.3 Tujuan
Adapun tujuan dari penulisan ini adalah sebagai berikut:
- Memberi penjelasan tentang bahaya surja petir dalam system distribusi
tenaga listrik.
- Memberi penjelasan tentang manfaat kawat tanah (overhead grounding)
sebagai penamgkal surja petir dalam system distribusi tenaga listrik.
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 TERJADINYA PETIR
Petir merupakan kejadian alam di mana terjadi loncatan muatan listrik
antara awan dengan bumi. Loncatan muatan listrik tersebut diawali dengan
mengumpulnya uap air di dalam awan. Ketinggian antara permukaan atas dan
permukaan bawah pada awan dapat mencapai jarak sekitar 8 km dengan
temperatur bagian bawah sekitar 60 oF dan temperatur bagian atas sekitar - 60 oF.
Akibatnya, di dalam awan tersebut akan terjadi kristal-kristal es. Karena di dalam
awan terdapat angin ke segala arah, maka kristal-kristal es tersebut akan saling
bertumbukan dan bergesekan sehingga terpisahkan antara muatan positif dan
muatan negatif.
Pemisahan muatan inilah yang menjadi sebab utama terjadinya sambaran
petir. Pelepasan muatan listrik dapat terjadi di dalam awan, antara awan dengan
awan, dan antara awan dengan bumi tergantung dari kemampuan udara dalam
menahan beda potensial yang terjadi. Petir yang kita kenal sekarang ini terjadi
akibat awan dengan muatan tertentu menginduksi muatan yang ada di bumi. Bila
muatan di dalam awan bertambah besar, maka muatan induksi pun makin besar
pula sehingga beda potensial antara awan dengan bumi juga makin besar.
Kejadian ini diikuti pelopor menurun dari awan dan diikuti pula dengan adanya
pelopor menaik dari bumi yang mendekati pelopor menurun. Pada saat itulah
terjadi apa yang dinamakan petir. Panjang kanal petir bisa mencapai beberapa
kilometer, dengan rata-rata 5 km. Kecepatan pelopor menurun dari awan bisa
5
mencapai 3 % dari kecepatan cahaya. Sedangkan kecepatan pelepasan muatan
balik mencapai 10 % dari kecepatan cahaya.
2.2 SISTEM PERLINDUNGAN PETIR
Mengingat kerusakan akibat sambaran petir yang cukup berbahaya, maka
muncullah usaha-usaha untuk mengatasi sambaran petir. Teknik penangkal petir
pertama kali ditemukan oleh Benyamin Franklin dengan menggunakan interseptor
(terminal udara) yang dihubungkan dengan konduktor metal ke tanah. Teknik ini
selanjutnya terus dikembangkan untuk mendapatkan hasil yang efektif. Sekilas
mengenai teknik penangkal petir, dikenal 2 macam sistem, yaitu:
2.2.1 SISTEM PENANGKAL PETIR
Sistem ini menggunakan ujung metal yang runcing sebagai pengumpul
muatan dan diletakkan pada tempat yang tinggi sehingga petir diharapkan
menyambar ujung metal tersebut terlebih dahulu. Sistem ini memiliki kelemahan
di mana apabila sistem penyaluran arus petir ke tanah tidak berfungsi baik, maka
ada kemungkinan timbul kerusakan pada peralatan elektronik yang sangat peka
terhadap medan transien.
2.2.2 DISSIPATION ARRAY SISTEM (DAS)
Sistem ini menggunakan banyak ujung runcing (point discharge) di mana
tiap bagian benda yang runcing akan memindahkan muatan listrik dari benda itu
sendiri ke molekul udara di sekitarnya. Sistem ini mengakibatkan turunnya beda
potensial antara awan dengan bumi sehingga mengurangi kemampuan awan untuk
melepaskan muatan listrik.
6
BAB III
METODELOGI PENULISAN
3.1 Metodologi Penulisan
Metode yang digunakan dalam pembuatan paper ini yaitu
1. Sumber data, diperoleh data yang dikumpulkan dari literature yang
berkaitan dengan pokok bahasan.
2. Metode pengumpulan data, menggunakan metode kepustakaan yaitu
mencari literature dari internet yang berkaitan dengan pokok bahasan.
7
BAB IV
PEMBAHASAN
4.1 PRINSIP KERJA KAWAT TANAH
Kawat tanah atau overhead grounding adalah media pelindung kawat fasa
dari sambaran petir. Kawat ini dipasang diatas kawat fasa dengan sudut
perlindungan sekecil mungkin, karena dianggap petir menyambar diatas kawat.
Gambar 4 pemasangan groundwire
Pada umumnya ground wire terbuat dari kawat baja (steel wire) dengan
kekuatan St 35 atauSt 50, tergantung dari spesifikasiyang ditentukan oleh PLN.
Dalam melindungi kawat phasa tersebut, daerah proteksi groundwire dapat
digambarkan seperti pada Gambar 1.
8
Gambar 1. Daerah proteksi dengan menggunakan 1 buah groundwire
Dari gambar di atas, misalkan groundwire diletakkan setinggi h meter dari
tanah. Dengan menggunakan nilai-nilai yang terdapat pada gambar tersebut, titik
b dapat ditentukan sebesar 2/3 h. Sedangkan zona proteksi groundwire terletak di
dalam daerah yang diarsir. Di dalam zona tersebut, diharapkan tidak terjadi
sambaran petir langsung sehingga di daerah tersebut pula kawat phasa
dibentangkan.
Apabila hx merupakan tinggi kawat phasa yang harus dilindungi, maka lebar bx
dapat ditentukan dalam 2 kondisi, yaitu :
o Untuk hx > 2/3 h , bx = 0,6 h (1 – hx/h)
o Untuk hx < 2/3 h , bx = 1,2 h (1 – hx/0,8h)
4.2 CARA MENINGKATKAN PERFORMA PERLINDUNGAN KAWAT
TANAH
Dalam beberapa kasus, sebuah groundwire dirasa belum cukup untuk
memproteksi kawat phasa sepenuhnya. Untuk meningkatkan performa dalam
perlindungan terhadap sambaran petir langsung, lebih dari satu groundwire
digunakan.
9
Bila digunakan 2 buah groundwire dengan tinggi h dari tanah dan terpisah
sejauh s, perhitungan untuk menetapkan zona proteksi petir dilakukan seperti
halnya menggunakan 1 buah groundwire. Gambar 2 menunjukkan zona
perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire.
Gambar 2. Zona perlindungan dari penggunaan 2 buah groundwire
Dari gambar tersebut, apabila ho menyatakan tinggi titik dari tanah di tengah-
tengah 2 groundwire yang terlindungi dari sambaran petir, maka ho dapat
ditentukan : ho = h - s/4 Sedangkan daerah antara 2 groundwire dibatasi oleh
busur lingkaran dengan jari-jari 5/4 s dengan titik pusat terletak pada sumbu di
tengah-tengah 2 groundwire. Seperti disebutkan sebelumnya bahwa hadirnya
groundwire dimaksudkan sebagai tempat sambaran petir langsung dan dapat
melindungi kawat phasa. Zona perlindungan groundwire dapat dinyatakan dengan
parameter sudut perlindungan, yaitu sudut antara garis vertikal groundwire
dengan garis hubung antara groundwire dan kawat phasa. Jika sudut perlindungan
tersebut dinyatakan dalam a dan tinggi groundwire adalah h, maka probabilitas
sambaran petir pada groundwire (p) dapat ditentukan sebagai berikut :
log p = - 4
10
Dari persamaan tersebut, terlihat bahwa makin tinggi groundwire dan
sudut perlindungan yang besar, akan mengakibatkan probabilitas tersebut
meningkat. Untuk itu diperlukan pemilihan tinggi groundwire dan sudut
perlindungan yang tepat untuk mendapatkan performa perlindungan yang baik
dari sambaran petir.
Gambar 3.Kurva ketinggian groundwire vs sudut perlindungan
Gambar 3 menunjukkan kurva antara ketinggian rata-rata groundwire vs
sudut perlindungan rata-rata. Dari gambar tersebut terlihat daerah berwarna hitam
merupakan daerah kemungkinan gagal dalam perlindungan.. Dengan demikian,
kurva pada gambar 3 menunjukkan probabilitas kegagalan dalam perlindungan
kurang dari 1 %. Probabilitas ini berarti lebih kecil dari satu kali kegagalan dalam
setiap 100 sambaran petir pada groundwire.
4.3 PENTANAHAN SAMBARAN PETIR OLEH KAWAT TANAH.
Untuk meningkatkan keandalan sistem ini, diperlukan pentanahan yang
baik pada setiap menara listrik. Jika petir menyambar pada groundwire di dekat
menara listrik, maka arus petir akan terbagi menjadi dua bagian. Sebagian besar
arus tersebut mengalir ke tanah melalui pentanahan pada menara tersebut.
Sedangkan sebagian kecil mengalir melalui groundwire dan akhirnya menuju ke
11
tanah melalui pentanahan pada menara listrik berikutnya. Lain halnya jika petir
menyambar pada tengah-tengah groundwire antara 2 menara listrik. Gelombang
petir ini akan mengalir ke menara-menara listrik yang dekat dengan tempat
sambaran tersebut. Perlu test lokasi geografis dari pentanahan 5 ohm. Tahanan
bumi max. Yang terbaik untuk system ini = 5 ohm. Untuk menghindari kerusakan
benda-benda akibat muatan listrik petir yang menuju tanah maka coaxial cabel
dibungkus pipa isolasi. Metode tahanan langsung dari muatan listrik petir ke
dalam tanah menyebabkan seluruh unit mempunyai potensial yang sama dengan
bumi. Sehingga benda-benda yang berada disekitar system akan aman.
4.4 APLIKASI PEMASANGAN KAWAT TANAH SEBAGAI
PENANGKAL SURJA PADA DISTRIBUSI TENAGA LISTRIK
Kawat tanah ( overhead grounwire ) jarang digunakan dalam system
distribusi listrik di Indonesia, hal ini dikeranakan system penangkal petir pada
jaringan distribusi listrik lebih banyak menggunakan arrester. Hal ini disebabkan
pada system distribusi menggunakan trafo yang berfungsi sebagai penurun
tegangan (step down transformer), yang menurunkan tegangan 20 kV (tegangan
menengah) menjadi 400/230 V (tegangan rendah). Karena trafo terhubung dengan
saluran udara 20 kV dengan kawat telanjang (over head open wire) dan
penempatannya yang di tempat terbuka sehingga pada trafo dapat terjadi
gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir secara langsung atau sambaran
petir tidak langsung (induksi). Sambaran petir akan menimbulkan tegangan lebih
yang tinggi melebihi kemampuan isolasi trafo hingga menyebabkan kerusakan
isolasi yang fatal. Untuk mencegah terjadinya hal tersebut maka setiap
pemasangan trafo distribusi 20 kV pada GTT selalu dilengkapi dengan arrester.
Sebagai contoh Saat ini telah diterapkan 4 sistem penempatan arrester pada GTT
khususnya di Area Malang yang memiliki tujuan dan fungsi yang sama tetapi
memiliki cara pengawatan dan peletakan arrester yang berbeda. Sistem
penempatan arrester adalah sistem yang berhubungan dengan cara pengawatan
arrester dengan trafo dan pelebur/CO yang memiliki tujuan untuk memberikan
12
proteksi pada trafo dari tegangan lebih. Pada akhirnya keempat sistem
penempatan arrester ini perlu dikaji kembali tentang efektivitas proteksinya pada
trafo tersebut. Efektivitas proteksi pada trafo yang dimaksud adalah keberhasilan
perlindungan yang diberikan pada trafo dengan memperkecil tegangan lebih yang
terjadi pada trafo tersebut. Dengan cara mempertimbangkan faktor-faktor yang
mempengaruhi besarnya tegangan surja dan arus surja yang terjadi pada masing-
masing sistem, seperti pengawatan arrester, panjang kawat yang dipergunakan
dalam sistem penempatan arrester, kecuraman gelombang datang, dan kecepatan
merambat gelombang surja. Sehingga pada akhirnya didapatkan satu sistem
penempatan arrester yang efektif sebagai proteksi trafo distribusi 20 kV pada
GTT. Sedangkan penggunaan kawat tanah (overhead groundware) sebagai
penangkal petir lebih sering digunakan pada system transmisi tenaga listrik, hal
ini dikarenakan Kawat Tanah (overhead groundwire) adalah media untuk
melindungi kawat fasa dari sambaran petir. Kawat ini dipasang di atas kawat fasa
dengan sudut perlindungan yang sekecil mungkin, karena dianggap petir
menyambar dari atas kawat. Namun jika petir menyambar dari samping maka
dapat mengakibatkan kawat fasa tersambar dan dapat mengakibatkan terjadinya
gangguan. Kawat pada tower tension dipegang oleh tension clamp, sedangkan
pada tower suspension dipegang oleh suspension clamp. Pada tension clamp
dipasang kawat jumper yang menghubungkannya pada tower agar arus petir dapat
dibuang ke tanah lewat tower. Untuk keperluan perbaikan mutu pentanahan maka
dari kawat jumper ini ditambahkan kawat lagi menuju ketanah yang kemudian
dihubungkan dengan kawat pentanahan.
13
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Pemakaian overhead groundwire dalam saluran distribusi tenaga listrik
mempunyai harapan agar sambaran petir tidak mengenai kawat phasa.
Luas zona/daerah perlindungan groundwire tergantung dari ketinggian
groundwire itu sendiri. Probabilitas kegagalan dalam perlindungan akan
naik dengan makin tingginya groundwire dan besarnya sudut
perlindungan. Untuk itu diperlukan pemilihan ketinggian serta sudut
perlindungan yang sesuai untuk mendapatkan perlindungan yang baik.
2. Peningkatan performa perlindungan transmisi tenaga listrik dari sambaran
petir yang paling mudah dilakukan dengan menambah jumlah groundwire.
Kombinasi pemakaian groundwire dengan peralatan-peralatan lainnya
sangat diharapkan untuk memperoleh performa perlindungan yang lebih
tinggi di antaranya dengan pemakaian arester yang merupakan alat
pelindung modern.
3. Kawat tanah lebih sering dijumpai sebagai penangkal petir pada system
transmisi listrik sedangkan pada system distribusi lestrik sebagai
penangkal petir banyak dijumpai penggunaan arrester.
14
DAFTAR PUSTAKA
[1] ELEKTRO INDONESIA, Edisi ke Dua Belas, Maret 1998 “Arief Irawanto
mahasiswa Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Indonesia, Overhead
Groundwire, Perlindungan Transmisi Tenaga Listrik dari Sambaran Petir”
[2] Yudi Suhairi, “ Fenomena Petir “, Elektron TH XVIII
[3] Wikipedia,penangkal_petir.html
[4] Dunia listrik, konduktor-dan-kawat-tanah-pada-saluran.html
[5] http://id.wordpress.com
15