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