Proteksi Terhadap Lonjakan Tegangan

Proteksi Terhadap Lonjakan Tegangan (Voltage Surges)

A. Pengertian Poteksi

Proteksi terhadap suatu sistem tenaga listrik adalah sistem pengaman yang di lakukan terhadap peralatan-peralatan listrik, yang terpasang pada sistem tenaga listrik tersebut. Misalnya Generator,  Transformator, Jaringan Transmisi/distribusi dan lain-lain terhadap kondisi abnormal dari sistem itu sendiri. Yang di maksud dengan kondisi abnormal tersebut antara lain dapat berupa:

a. Hubung singkat

b. Tegangan lebih/kurang

c. Beban lebih

d. Frekuensi sistem turun/naik

Proteksi juga memiliki fungsi sebagai berikut:

1. Untuk menghindari ataupun untuk mengurangi keruasakan peralatan listrik akibat adanya gangguan (kondisi abnormal) semakin cepat reaksi perangkat proteksi yang di gunakan, maka akan semakin sedikitlah pengaruh gangguan terhadap kemungkinan kerusakan alat.

2. Untuk mempercepat melokaliser luas/zone daerah yang terganggu sehingga menjadi sekecil mungkin.

3. Untuk dapat memberikan pelayanan listrik dengan keandalan yang tinggi kepada konsumen, dan juga mutu listriknya baik.

4. Untuk mengamankan manusia (terutama) terhadap bahaya yang ditimbulkan oleh listrik.

Ada beberapa faktor yang mempengerahui system Proteksi diantaranya:

• Macam saluran yang di amankan

• Pentingannya saluran yang dilindungi

• Kemungkinan banyaknya terjadi gagangguan.

• Tekno-ekonomis sistem yang digunakan.

B. Faktor terjadinya Lonjakan tegangan

Terjadinya lonjakan tegangan listrik pada suatu instalasi atau jaringan listrik dapat disebabkan oleh beberapa faktor, seperti:

1. Sambaran petir tidak langsung.

2. Over voltage karena permasalahan pada pembangkit.

3. Terjadinya hubung singkat (konsleting).

4. Maupun lonjakan tegangan listrik saat terjadi Switching (Penyalaan).

C. Sambaran Petir

Petir adalah loncatan listrik di udara dari medan listrik yang tinggi yang dihasilkan ketika muatan-muatan listrik terpisah di dalam awan. Petir dapat melompat di dalam awan, dari awan ke awan, atau dari awan ke tanah.

Dalam saluran distribusi, sambaran petir diakibatkan lompatan muatan listrik dari awan ke tanah.

Dalam kondisi normal, muatan listrik dipisahkan dalam awan badai, bagian atas bermuatan positif dan bagian bawah bermuatan negatif.

Saat tanah bermuatan positif, muatan listrik akan tertarik ke tanah, jadilah petir.

Ada beberapa peralatan pengamanan terhadap Sambaran petir yaitu pengawatan ke tanah, dan Arrester. Dan juga ada beberapa pengaman terhadap arus/tegangan lebih yaitu relay, pemutus (circuit breaker).

D. Peralatan Proteksi

Peralatan Proteksi Pada Operasi Tenaga Listrik antara lain :

• Rele/Relay

Adalah bahan solid state yang digunakan untuk proteksi saluran transmisi.

Relay Proteksi

• Pemutus beban (Circuit Breaker)

Sebuah pemutus beban harus bertindak sebagai sebuah isolator dan menghantarkan arus beban sepanjang umur pemakaiannya dapat mambawa dan memutuskan arus hubung singkat.

Circuit Breaker 400 V

Circuit Breaker Gardu Induk

• Trafo arus (Current Trafo)

Trafo arus (CT) diperlukan untuk mengisolasi rangkaian sekunder (seperti rele pengukur dan meteran)dari rangkaian (daya) primer. Menyediakan besaran sisi sekunder trafo yang sebanding dengan besaran sisi primernya. 

Current Trafo

Rating sisi primer trafo arus biasanya dipilih sama dengan atau lebih sama besar dari arus normal beban penuh dari rangkaian yang dilindungi.

• Kabel kontrol (kabel pilot)

Panjang dan tipe kabel pilot akan mempengaruhi karakteristik bias dan kestabilan proteksi kapasitansi.

Kabel pilot yang besar yang menyebabkan perbedaan arus dan beda sudut fase antara ujung terminal kabel pilot (RP) dapat mempengaruhi besar kecilnya sinyal dan membatasi tegangan terhadap kabel pilot. 

Dalam banyak sistem proteksi, resistans dan kapasitans pilot perlu konpensasi untuk meminimalkan kesalahan dalam kesalahan sinyal.

Kabel Kontrol dapat dikelompokkan menjadi beberapa:

 Kelompok menurut kulit pelindungnya (armor) misalnya, kabel bersarung timah hitam (lead sheahted), kabel berkulit pita baja (steel-tape armored). 

 Kelompok menurut konstruksinya misalnya: plastik dan karet (jenis BN,EV,CV) kabel padat (jenis belt,H,SL,SA), kabel jenis datar (flat-type), kabel minyak (oil-filled).

 Kelompok menurut penggunaan, misalnya, kabel dengan bentuk:

Bentuk penampang inti pada konduktor, yaitu: 

 Pejal (Untuk ukuran kecil yang digunakan pada tegangan menengah dan tegangan rendah).

 Pilin (stranded): Untuk ukuran konduktor besar.

 Berongga: Terutama untuk tempat minyak pendingin dan dipakai pada kapasitas penyaluran yang besar. Ada yang berongga satu dan ada yang berongga banyak

• Catu daya.

• Arrester

Alat pelindung bagi peralatan sistem tenaga listrik terhadap sambaran petir (surya petir)

Lighting Arrester

Pada kondisi normal Arrester berfungsi sebagai Isolator, bila timbul surya petir berlaku sebagai konduktor, yang melewatkan aliran arus yang tinggi.

Setelah petir hilang, alat ini cepat kembali menjadi isolator, sehingga pemutus daya tidak sempat membuka.

E. Proteksi dengan Surge Arrester

Surge arrester merupakan sebuah instalasi penangkal petir yang berfungsi untuk mengantisifasi induksi listrik yang disebabkan oleh sambaran petir. Induksi arus petir dapat mempengaruhi bahkan merusak jaringan listrik, jaringan PABX, jaringan elektronik dan jaringan LAN atau internet. Dalam sebuah instalasi yang menggunakan kabel baik didalam atau diluar bangunan tidak menutup kemungkinan menjadi jalan masuk untuk dilalui induksi arus petir.

Surge Arrester

Pada dasarnya jaringan kabel udara PLN sudah dilengkapi perangkat Penahan Petir (Surge Arrester) di setiap gardu induk, gardu distribusi, travo distribusi, akan tetapi sambaran petir sangat sulit diprediksi (waktu, tempat dan kekuatan arusnya). Maka sebaiknya kita melindungi instalasi yang menggunakan kabel yang ada didalam bangunan. Pertimbangan yang mendasar adalah di saat petir menyambar sebuah tempat maka arus petir akan merambat kemana saja mengikuti kabel jaringan listrik, komunikasi atau struktur logam bangunan.

Teknik yang standart adalah dengan memasang internal protection dengan menggunakan surge arrester listrik secara berlapis :

–  Level 1 Lightning Current Arrester / Anti Petir atau Penangkal Arus Petir

–  Level 2 Surge Arrester / Anti Petir atau Penangkal Tegangan Kejut Petir

–  Level 3 Device Arrester / Penangkal tegangan Induksi Petir

Pemasangan surge arrester dengan 3 level sekaligus dan pemasangan anti petir atau penangkal petir Flash Vectron akan menahan segala kemungkinan kerusakan.

Prinsip kerja Surge Arrester

Struktur material dari Surge Arrester terdiri dari dua buah lempeng logam yang didekatkan dengan atau tanpa material elektrikum. Untuk lempeng pertana di hubungkan ke jalur kabel yang di amankan dan lempeng kedua ke grounding tempat pelepasan tengangan lebihnya.

Pada saat petir menyambar jaringan listrik, tegangan listrik akan melonjak besar. Hal ini membuat dua logam pada arrester akan bekerja saling terhubung dan menyalurkan arus listrik (sebagai konduktor). Namun fungsi konduktor ini tidak akan mengenai sistem kelistrikan yang ada karena salah satu kutub itu akan meneruskan ke tempat pembumian (Grounding). Sistem grounding harus bagus dengan nilai tahanan yang kecil sehingga tidak mengganggu kinerja arrester. Dengan demikian adanya tegangan kejut atau surge tidak akan merusak peralatan listrik, dan dengan tanpa memutuskan arus listrik sedikitpun.

Peralatan perlindungan tegangan lebih

Surge arresters dan Transient Voltage Surge Suppressors (TVSS).

Melindungi tegangan lebih transien dengan membatasi tegangan maksimum.

Dua model: crowbar dan clamping

Model crowbar “Normally open”

• Peralatan dibuat dari celah yang berisi udara atau gas.

• Ketika gangguan, menjadi rangkaian hubung singkat sehingga tegangan saluran menjadi nol sampai gangguan hilang (kira-kira satu setengah gelombang).

Model clamping “Normally” ada arus bocor yang sangat kecil

• Peralatan dibuat dari resistor nonlinier atau dioda zener.

• Ketika gangguan, impedansinya menurun dengan cepat namun /dak sampai terhubung singkat.

F. Usaha Memperkecil Terjadinya Gangguan

1. membuat isolasi yang baik untuk semua peralatan;

2. membuat koordinasi isolasi yang baik antara ketahanan isolasi peralatan dan penangkal petir (arresters);

3. membuat kawat tanah dan membuat tahanan tanah pada kaki menara sekecil mungkin, serta selalu mengadakan pengecekan;

4. membuat perencanaan yang baik untuk mengurangi pengaruh luar mekanis dan mengurangi atau menghindarkan sebab-sebab gangguan karena binatang, polusi, kontaminasi, dan lain-lainnya;

5. pemasangan yang baik, ar/nya pada saat pemasangan harus mengiku/ peraturan-peraturan yang baku;

6. menghindari kemungkinan kesalahan operasi, yaitu dengan membuat prosedur tata cara operasional (standing operational procedur) dan membuat jadwal pemeliharaan rutin;

7. memasang kawat tanah pada SUTT dan gardu induk untuk melindungi terhadap sambaran petir;

8. memasang lightning arrester (penangkal petir) untuk mencegah kerusakan pada peralatan akibat sambaran petir.