498075948-3T-17-Insulation-Coordination-Lightning-Protection.ppt

njhsJODBKHSABDKHJASBDKJSABKJDBSAKDBKHSAHD

1. INSULATION
COORDINATION
&
LIGHTNING
PROTECTION

3. Sebab terjadinya gangguan
•Kerusakan peralatan
•Tumbuhan/pohon
•Binatang
•Cuaca/iklim

4. Awal mulanya : Pengaturan tingkat isolasi dari
komponen sistem transmisi untuk
membatasi kerusakan apabila
terjadi kegagalan isolasi
Saat ini : Pemilihan tingkat
isolasi peralatan sehubungan
dengan tegangan kerja dan
tegangan lebih yang dapat
muncul pada peralatan tersebut
DEFINISI KOORDINASI ISOLASI :

5. untuk menekan biaya operasional dan
perbaikan apabila terjadi kegagalan isolasi
Tujuan

6. Prinsip dasar Koordinasi isolasi

7. Besarnya tegangan puncak impuls
standar 1,2/50 µsec yang tidak
menyebabkan flashover dan dipakai
sebagai referensi kekuatan isolasi
peralatan
Tingkat Isolasi Dasar/TID
(Basic Insulation Level/BIL)

8. Tingkat Isolasi Terhadap BIL
Standar tingkat isolasi terhadap BIL
Test Impuls Angka perkalian teradap BIL
BIL - Standar tegangan 1,2 x 50 µs 1,0
Impuls Chop pada ekor gelombang 1,15
Switching Surge 100x1000 µs 0,83
Impuls Chop pada muka gelombang 1,5

9. Kekuatan Isolasi Saluran
•Harus tahan terhadap tegangan
lebih AC dan switching
•Harus diperhitungkan kondisi
yang menurunkan kekuatan
isolasi antara lain : hujan, debu,
polusi dsb

10. Kekuatan Isolator renteng untuk Saluran udara
No. of discs Dry f.o.v. Wet f.o.v. Impulse f.o.v.
  kV kV kV
1 80 50 150
2 155 90 255
3 215 130 355
4 270 170 440
5 325 215 525
6 380 255 610
7 435 295 695
8 485 335 780
9 540 375 860
10 590 415 945
11 640 455 1025
12 690 490 1105
13 735 525 1185
14 785 565 1265
16 875 630 1425
18 965 690 1585
20 1055 750 1745
25 1280 900 2145
30 1505 1050 2550

11. ISOLASI CIRCUIT BREAKER
•Phasa ke tanah
•Antara terminal pada kondisi terbuka
•Phasa ke phasa

12. Tegangan system
kV
BIL
kVpeak
20 125
33 200
70 350
150 750
500 1550
BIL peralatan

13. TEGANGAN LEBIH
•50 Hz
•Surja hubung
•Surja petir

14. 1. Tegangan lebih 50 Hz
> Gangguan Phasa ke tanah : 1, 2 dan 3 phasa
> Ferro resonance : reaktansi induktif = reak. kapasitif
> Feranti Effect : kenaikan teg. pd rangkaian terbuka
beban rendah
2. Surja hubung ( Switching Surge )
Tegangan lebih ini terutama terjadi pada tegangan
transmisi diatas 300 kV
3. Tegangan lebih external
Tegangan lebih petir untuk sistem dibawah 300 kV
Tipe tegangan lebih

15. Tegangan Flashover AC
•Tegangan Flashover AC kering :
Tegangan AC yang menyebabkan Flashover pada isolator
pada keadaan tidak hujan

•Tegangan Flashover AC basah :
Tegangan AC yang menyebabkan Flashover pada isolator
pada keadaan hujan
Kondisi hujan buatan:Tahanan air : 9000-11000 ohm-cm
Temp ± 10°C dari ambient
temperatur
Sudut pemancaran air 45°
Debit pemancaran air 0.305 cm
/min

16. TEGANGAN LEBIH 50 Hz
•Gangguan phasa ketanah – 1,73 pu
•Antara ujung terminal pada saat CB
terbuka – 2,2 pu

17. TEGANGAN LEBIH SURJA HUBUNG
•Pembebanan – 3 pu
•Reclosing – 4 pu
•Arester – maks 1,9 pu

18. Tegangan phasa ke ground pada sistem
375 kV untuk surja hubung 2,9 pu

19. Pemakaian arester 276 kV pada 1.83 pu

20. Tegangan lebih petir pada
SUTT dan SUTET
•Sambaran langsung pada kawat phasa
•Sambaran langsung pada tower
•Sambaran langsung pada kawat tanah

21. Tegangan lebih petir pada
SUTM
DAERAH TERBUKA DAERAH
PEMUKIMAN/
PEPOHONAN
SAMBARAN LANGSUNG SAMBARAN TIDAK
LANGSUNG
KAWAT PHASA KAWAT TANAH
DITIANG DITENGAH
GAWANG

22. Petir
antar awan
inter awan
Awan ke tanah

23. 23
Proses terjadinya
petir

24. 24
Proses terjadinya
petir

25. 25
Peta Hari Guruh

26. 26
Probabilitas arus
petir

27. 27
Sambaran petir
b
osIar

28. Konstante jarak sambaran
    ke tanah ke konduktor
    a b a b
Young, et al. 27 0,32 27 0,32
Armstrong,
Whitehead
6 0,8 6,7 0,8
Brown,
Whitehead
6,4 0,75 7,1 0,75
Love 10 0,65 10 0,65
IEEE Working
Group
8 0,65 8 0,65
Suzuki 3,3 0,78 3,3 0,78

29. PENGGUNAAN JARAK
SAMBARAN
•Anderson approach
α : sudut perlindungan
βs: tinggi garis
horisontal dimana
sambaran akan
mengenai tanah
•β=1 utk TM & TT
•β=0.8 utk EHV
•β=0.67 utk UHV
•PQ : daerah yang tidak
terlindungi

30. 30
SUTM lewat persawahan

31. 31
SUTM lewat pepohonan

32. Perlindungan thd Tegangan lebih
dan Petir
•Kawat Tanah/Ground wire
(pada Saluran Udara/transmisi)
•Jala2 Pentanahan
(pada Gardu Pembangkit & Gardu Induk)
•Arester
(pada Peralatan Listrik mis. Trafo)

33. SAMBARAN PETIR PADA
TRANSMISI
•Kegagalan shielding
•Backflashover
•Induksi

35. KEGAGALAN SHIELDING

36. SAMBARAN PADA PHASA SAAT CB TERBUKA
Circiut
Breaker

37. Surja petir phasa ke tanah @ CB terbuka

38. Kekuatan Isolasi Saluran
•Shelding yang efisien
•Tahan pentanahan kaki yg tendah
kurang dari 10 Ohm
SUTET dapat tahan thd gangguan
petir apabila :

39. shielding
Sudut perlindungan
Transmisi sampai 220 kV 30
0
Transmisi sampai 400 kV keatas20
0

40. Sudut Perlindungan
vs tinggi tower

41. •Besar arus petir
•Slope gelombang tegangan
•Tingkat isolasi
•Kondisi udara sekitar
Tegangan flashover petir dipengaruhi :

42. Tegangan Impuls Flashover
•Tegangan Impuls 1.2x50µs yang dapat
menyebabkan flashover pada isolasi
•(British standards1x50µ sec)
•(American standards 1.5 x 40µsec)

43. 1.Sela batang (Arching horn/Rod/Spark
Gaps)
2.Surge Arrester
Pengaman Tegangan Surja :

44. Kurva Perpotongan Tegangan Surja
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 pucak
G : gelombang terpotong pada ekor dengan kemungkinan lompatan 50%.

45. PENGERTIAN
•Sela batang (Arching horn/Rod/Spark
Gaps) yang biasanya dipasang antara
ujung kawat saluran dan pentanahan/
grounding.
•Bentuknya sedemikian rupa sehingga
busur api yang terjadi pada saat adanya
gangguan tidak akan mengenai isolator
sewaktu lompatan api itu terjadi

46. FUNGSI
Sela batang merupakan pelindung
isolator atau bushing pada trafo,
sehingga apabila terjadi lompatan api
[flash over] yang terjadi pada gandengan
isolator atau bushing agar isolator atau
bushing tidak rusak karena busur apinya
dapat menyebabkan gangguan
operasional

47. PEMASANGAN TANDUK API
dipasang paralel dengan
isolator antara konduktor
dan ground, sebagai
pelindung cadangan

48. Proteksi Surja Petir dengan Sela
Batang/Gap

50. Keuntungan :
1.sederhana, kuat dan kokoh
2.Mudah pemasangannya
3.Harganya murah
Kerugian :
1.Tidak dapat memutuskan arus susulan, sehingga pada
waktu flashover dapat menyebabkan gangguan hubung
singkat
2.Penurunan tegangan secara tiba
2
dapat menyebabkan
gangguan antar belitan dalam transformator

51. MODIFIKASI SELA BATANG
Sela Sekring (Current Limiting Arching Horn).
Sela sekring adalah sela batang yang
dihubungkan secara seri dengan sekring yang
digunakan untuk menginterupsi arus susulan yang
diakibatkan oleh percikan api
Sela Kontrol
Sela kontrol terdiri dari dua buah sela yang diatur
sedemikian rupa hingga karakteristiknya
mendekati sela bola yang ditinjau dari segi
lengkung volt-waktunya mempunyai karakteristik
lebih baik dari sela batang.

52. Current Limiting Arching Horn

53. Current Limiting Arching Horn

54. Pemakaian Line Arester

55. ARRESTER
•alat pelindung dari surja tegangan baik oleh
surja petir maupun surja hubung.
•untuk melindungi peralatan sistem tenaga
listrik dengan cara membatasi surja
tegangan lebih yang datang dan
mengalirkannya ke tanah
•harus mampu menahan tegangan sistem
untuk waktu yang tak terbatas, dan harus
mampu melewatkan surja arus ke tanah
tanpa mengalami kerusakan

56. Harus dipasang sedekat mungkin dengan
peralatan yang dilindungi

57. Pemasangan Arester

58. Karakteristik Arrester
•Memiliki tegangan dasar yang tidak boleh
dilampaui
•Memiliki karakteristik yang dibatasi oleh
tegangan bila dilalui oleh berbagai
macam-arus petir
•Memiliki batas termis

59. CARA KERJA ARRESTER
Pada kondisi normal, arrester berperan
sebagai isolator dan bila timbul surja, maka
berlaku sebagai konduktor dan mengalirkan
arus akibat urja tersebut, kedalam tanah,
supaya tidak menuju ke peralatan.
Jika kondisi kembali normal arrester kembai
berfungsi sebagai isolator sehingga memutus
arus susulan tanpa menimbulkan gangguan

60. Grafik kerja Arester

61. Karakteristik Surja Petir dan Surja Hubung
waktu
0,9
0,5
t
1
t
2
1,0 E
KV Puncak
Ekor
Muka
t
1
= waktu muka gelombang
t
2 = waktu ekor gelombang yaitu waktu dari permulaan hingga
titik 50 % E pada ekor gelombang
μs)kVgelombang(ecuramankenaikan/klaju
dt
dE

E(t) = E(exp-at – exp-bt)

63. Perhitungan Jarak Maksimum
Arrester dengan Peralatan yang
dilindungi/Trafo
Ep = Ea + (2.A.s)/v
Ep: tegangan pengenal pada alat yang dilindungi
Ea: tegangan tembus/percik dari arrester
A : kecuraman gelombang datang
s : jarak arrester terhadap alat yang dilindungi.
v : kecepatan merambat gelombang impuls =
kecepatan cahaya : 300μsm/
μskV/

64. Perhitungan Koordinasi Isolasi
E
r
= αβ.U
m
E
r
= Tegangan dasar arester
α = Koefisien pembumian
β= Toleransi guna memperhitungkan
fluktuasi tegangan
U
m= Tegangan sistem maksimum

65. Incoming feeder 150 kV dihubungkan dengan
transformator GI 150/70 kV
Untuk sistem 150 kV apabila diambil toleransi β sebesar
10% maka tegangan maksimum sistem adalah :
U
maks = 110% x 150 kV = 165 kV
Apabila sistem pentanahan efektif maka α adalah 80%
dan tegangan nominal Arester adalah :
E
r = 0,8 x 165 kV = 132 kV

66. Jika Petir terjadi pada incoming feeder :
•Tegangan impuls petir tidak akan melebihi
tegangan discharge arester
•Tegangan surja akan masuk GI
•Karena BIL Trafo lebih tinggi dari tegangan
surja yang masuk maka trafo tidak akan rusak
Kemungkinan 1 :
Tegangan impuls petir kurang dari tegangan
discharge arester

67. Kemungkinan 2 :
Tegangan impuls petir kurang dari BIL tetapi
lebih dari tegangan discharge arester
•Tegangan impuls petir akan di discharge
arester
•Tegangan surja yang masuk GI merupakan
tegangan sisa arester
•Karena BIL Trafo lebih tinggi dari tegangan
surja yang masuk maka trafo tidak akan rusak

68. Kemungkinan 3 :
Tegangan impuls petir lebih dari BIL
•Tegangan impuls petir discharge arester
•Tegangan surja akan masuk GI merupakan
tegangan sisa arester
•Karena BIL Trafo lebih tinggi dari tegangan
surja yang masuk maka trafo tidak akan rusak

69. Margin PerlindunganMargin Perlindungan
•Margin Perlindungan mengambarkan tingkat
aman suatu perlindungan terhadap tegangan
lebih.
•Besarannya dalam bentuk persentase
•IEEE C62.22.1 : sama atau lebih besar 20%.

70. Margin Perlindungan
1.Margin perlindungan muka
gelombang cepat (MP1)
2.Margin perlindungan gelombang
petir (MP2)
3.Margin perlindungan gelombang
swicthing surge(MP3)

71. Margin perlindungan dimuka
gelombang cepat
100%1
FWPL
CWW
MP1 






CWW : Chopped Wave Withsatand
FWPL : Front of Wave Protective Level

72. Margin perlindungan
gelombang Petir (MP2)
100%1
DV
BIL
MP2 






BIL: Basic Insulation Level
DV: Discharge Voltage

73. Margin perlindungan
gelombang Switching (MP3)
100%1
SSDV
BSL
MP3 






BSL: Basic Insulation Level
SSDV: Switching Surge Discharge Voltage

74. Margin Perlindungan Margin Perlindungan
20 kA, 8/20 Surge20 kA, 8/20 Surge
•15 kV system
•10 kV Heavy Duty Pole
Arrester
•BIL kabel = 90 kV
•Kira2 panjang konduktor
penghubung 6’
•Residual voltage IR = 31 kV
9
0
B
I
L
D
V

+

L
e
a
d
L
e
n
g
t
h74
}22%
21.6%1001
8)]6(0.4)(20/2[31
90
1001
)
dt
di
L2(IR
BIL
MP 












































75. Margin Perlindungan Margin Perlindungan
20 kA, 1/50 Surge20 kA, 1/50 Surge
158
B
I
L
2
(
D
V

+

L
e
a
d
L
e
n
g
t
h
)
90
}-43%
%431001
)]1/20)(4.0(631[2
90
1001
)
dt
di
L2(IR
BIL
MP 











































•15 kV system
•10 kV Heavy Duty Pole
Arrester
•BIL kabel = 90 kV
•Kira2 panjang konduktor
penghubung 6’
•Residual tegangan IR = 31
kV