ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN SISTEM PROTEKSI …digilib.unila.ac.id/55038/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · arrester sebagai sistem proteksi tidak ada tegangan yang melewati batas

1

ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN SISTEM PROTEKSI

LIGHTNING ARRESTER PADA SISTEM KERETA REL

LISTRIK(COMMUTER)AC 25 kV

(Skripsi)

Oleh

Satria Nugraha Haris

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

i

ABSTRACT

ANALYSIS OF THE EFFECT OF ARRESTER LIGHTNING

PROTECTION SYSTEM INSTALLATION ON AC 25KV COMMUTER

RAIL SYSTEM

by


The commuter Line is a transportation which is available in almost every country,

where the energy source of a commuter line is powered by either AC or DC

elctricity. The commuter line with AC type of electricity has an electrical system

of 15 kV and 25 kV, while the DC type has an electrical system of 700 V and 1.5

kV. When the commuter distribution process happens disturbance could occur,

distubances occur in the form of a voltage increase, one of which is caused by a

lightning strike. Lightning Arresters (LA) is a protection device against lightning

surges, where arrester works when there is anexcessive amount of voltage. In this

research, sequences of tests was conducted using the Simulink Matlab application

with variations in distances of 70 m, 350 m, 700 m, and 1050 m with impulse

currents of 12 kA, 16 kA, and 20 kA. The results of this research are with a

distance of 70 m and an impulse current of 12 kA produce an overvoltage of 1404

kV and voltage drop occurs to 82.34kV when an arrester protector system is

installed. While at impulse currents of 16 kA and 20 kA and a distance of 70 m

resulted to bigger voltage of 1864 kV and 2324 kV which after that has decreased

to 84.33 kV and 85.90 kV. Based on the results of trials and tests on variations in

stroke distance and impulse currents of the commuter line, it can be concluded

that using arresters as a protection system resulted in no voltage occurance beyond

the BIL transformer limit of 150 kV.

Key words : Arrester, Commuter, Impulse, Lightning, Matlab.

ii

ABSTRAK




Oleh


Commuter line merupakan transportasi yang hampir ada di setiap negara, di mana

sumber dari commuter line dapat berupa listrik AC maupun listrik DC. Commuter

line jenis AC mempunyai sistem kelistrikan sebesar 15 kV dan 25 kV , sedangkan

DC mempunyai sistem kelistrikan 700 V dan 1,5 kV. Saat proses penyaluran

commuter dapat terjadi gangguan, gangguan tersebut berupa kenaikan tegangan

yang salah satunya disebabkan oleh sambaran petir. Lightning Arresters (LA)

merupakan alat proteksi terhadap surja petir, di mana arrester akan bekerja ketika

ada tegangan lebih. Pada skripsi ini dilakukan pengujian menggunakan aplikasi

Simulink Matlab dengan variasi jarak sejauh 70 m, 350 m, 700 m, dan 1050 m

dengan arus impuls sebesar 12 kA, 16 kA, dan 20 kA. Hasil uji penelitian ini

dengan jarak sambaran sejauh 70 m dan arus impuls sebesar 12 kA menghasilkan

tegangan lebih sebesar 1404 kV dan terjadi penurunan nilai tegangan ketika

dipasang sistem proteksi arrester menjadi 82,34 kV, sedangkan pada arus impuls

16 kA dan 20 kA dengan jarak 70 m menghasilkan tegangan lebih sebesar 1864

kV dan 2324 kV setelah dipotong tegangan mengalami penurunan menjadi 84,33

kV dan 85,90 kV. Berdasarkan hasil uji coba terhadap variasi jarak sambaran serta

arus impuls pada commuter line dapat disimpulkan bahwa dengan menggunakan

arrester sebagai sistem proteksi tidak ada tegangan yang melewati batas BIL trafo

yaitu sebesar150 kV.

Kata kunci : Arrester, Commuter, Impuls, Petir, Matlab.

iii




Oleh


Skripsi

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar

SARJANA TEKNIK

Pada

Jurusan Teknik Elektro

Fakultas Teknik Universitas Lampung

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMPUNG

BANDAR LAMPUNG

2018

vii

RIWAYAT HIDUP

Penulis dilahirkan di Bandar Lampung tanggal 12 Juni 1996,

dari pasangan Bapak Riswandi dan Ibu Hartina Alam. Penulis

merupakan anak kedua dari tiga bersaudara. Adapun riwayat

pendidikan penulis yaitu : Taman Kanak – Kanak (TK) di TK

Melati Puspa pada tahun (2000-2001), SDN 1 Tanjung Senang

pada tahun (2001-2007), SMPN 19 Bandar Lampung pada

tahun (2007-2010), dan SMAN 12 Bandar Lampung tahun 2013. Selama menjadi

mahasiswa, penulis aktif dalam organisasi Himpunan Mahasiswa Teknik Elektro

(HIMATRO) sebagai anggota Divisi Pendidikan dan Pengkaderan pada tahun

2014-2015, dan Anggota Devisi Komunikasi dan Informasi pada tahun 2015-

2016. Penulis pernah melaksanakan Kerja Praktik di : PT.PINDAD (Persero)

Bandung yang ditempatkan di Divisi Alat Berat, dan Peneliti Pernah melakukan

kuliah kerja nyata (KKN) di desa Rama Murti, Kecamatan Seputih Raman,

Lampung Tengah.

viii

Dengan Mengharapkan Ridho Alloh SWT

Kupersembahkan Karya Ini Untuk :

Ayahanda dan Ibunda Tercinta

Riswandi & Alm. Hartina Alam

Kakak dan Adik ku Tersayang

Achmad Kurniawan Haris, dan Nadia Azzahra Haris

Teman-teman, Kakak dan Adik Tingkat


Seluruh Civitas Teknik


Almamaterku

Universitas Lampung

ix

MOTTO

“Setiap Masalah Pasti ada Jalan Keluarnya“

( Rizki Hermawan )

“ Hai orang-orang mukmin, jika kamu menolong (agama)

Alloh, niscaya dia akan menolongmu dan meneguhkan

kedudukanmu. ”

( Al-Qur’an, Surat Muhammad, 47 : 7 )

"If you are born poor, it's not your mistake but, if you die

poor, it's your mistake."

( Bill Gates )

Tolonglah kawanmu selagi kau mampu menolongnya”

(Suwanto, S.T.)

x

SANWACANA

Puji syukur kehadirat Allah SWT. yang telah melimpahkan rahmat dan

hidayahnya kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan tugas akhir ini.

Shalawat serta salam disanjungkan kepada Nabi Muhammad Shalallahu Alaihi

Wassalam yang dinantikan syafaatnya di hari akhir kelak.

Tugas akhir ini berjudul “ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN SISTEM

PROTEKSI LIGHTNING ARRESTER PADA SISTEM KERETA REL

LISTRIK(COMMUTER)AC 25 kV” digunakan sebagai salah satu syarat guna

memperoleh gelar sarjana di Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

Dalam masa perkuliahan dan penelitian, penulis mendapat banyak hal baik berupa

dukungan, semangat, motivasi dan hal lainya. Untuk itu penulis mengucapkan

terimakasih kepada :

1. Bapak Prof. Suharno, M.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas

Lampung.

2. Bapak Dr. Ing. Ardian Ulvan, S.T., M.Sc. Selaku kepala Jurusan Teknik

Elektro Fakultas Teknik Universitas Lampung dan Pembimbing akademik

yang telah memberikan saran & motivasi yang membangun.

3. Bapak Dr. Eng. Yul Martin, S.T., M.T. Selaku Dosen Pembimbing Utama.

Terimakasih atas kesedian waktunya untuk membimbing, pengalaman, dan

ilmu yang diberikan selama mengerjakan tugas akhir.

xi

4. Bapak Dr. Henry B.H. Sitorus, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing

pendamping. Terimakasih atas waktu, pengalaman, dan ilmu yang diberikan

selama mengerjakan tugas akhir .

5. Bapak Dr. Herman Halomoan Sinaga, S.T., M.T. selaku Dosen penguji.

Terimakasih atas waktu, dan ilmu yang diberikan guna membuat tugas akhir ini

menjadi lebih baik.

6. Seluruh Dosen & Keluarga Besar Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas

Lampung. Terimakasih atas waktu dan ilmu yang telah diberikan selama

menuntut ilmu di Jurusan Teknik Elektro Universitas Lampung.

7. Bapak dan Ibu, tiada kata yang dapat tertulis atas segala pengorbanan yang

kalian lakukan, aku sangat menyayangi kalian.

9. Manda Heri Ismansyah dan Binda Harmina Alam. Terimakasih yang tak terkira

atas segala hal yang telah kalian lakukan untukku.

10.Saudaraku Achmad Kurniawan Haris dan Nadia Azzahra Haris. Terimakasih

atas motivasi dan dukunganya untuk segera menyelesaikan Tugas Akhir ini,

saya akan selalu berjuang demi kalian hingga akhir.

11.Sahabatku Suwanto, yang telah menemani dan memotivasi penulis agar selalu

memberikan yang terbaik dalam segala hal, dan jika tidak ada sahabat

sepertimu maka tidak akan terjadinya skripsi seindah ini.

12.Terimakasih kepada Mamen Brade, Marwansyah, Agum Prakasa, Pipit

Iriyanto, Danu Firmansyah, Deri Hidayatullah, Dimas Septiyan, Andi Irawan,

Moh Fasyin Abda, dan Ilham Ramadhani. Yang selalu menemani saat jenuh,

memberikan motivasi, dan semangat, terimakasih atas waktu kebersamaannya

selama ini.

xii

13.Terima kasih kekasih ku Othi Pratiwi yang telah memabantu serta

menyemangatiku dikala susah maupun senang

14.Terimakasih kepada teman-teman seperjuangan Elektro 13, atas semua

kenangan indah hingga menyelesaikan Tugas Akhir ini, semoga kita semua

menjadi orang yang sukses dan menjadi pribadi yang lebih baik. Semoga

kontribusi yang telah diberikan selama ini, mendapat balasan yang lebih baik

dari dari Allah SWT. Penulis meminta maaf atas segala kesalahan dan ketidak

sempurnaan dalam penulisan Tugas Akhir ini, kritik dan saran yang

membangun sangat diharapkan agar dapat dimanfaatkan dan dikembangkan

dimasa mendatang.

Bandar lampung,

Desember 2018 Penulis


xiii

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ................................................................................................. i

HALAMAN JUDUL ................................................................................. iii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iv

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................... v

LEMBAR PERNYATAAN ..................................................................... vii

RIWAYAT HIDUP .................................................................................. viii

SANWACANA ......................................................................................... xi

DAFTAR ISI ............................................................................................. xiv

DAFTAR TABEL ..................................................................................... xvii

DAFTAR GAMBAR ................................................................................. xviii

BAB I PENDAHULUAN .......................................................................... 1

1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1

1.2. Tujuan Penelitian ............................................................................... 3

1.3. Manfaat Penelitian .............................................................................................. 3

1.4. Rumusan Masalah .............................................................................. 4

1.5. Batasan Masalah ................................................................................ 4

1.6. Sistematika Penulisan ...................................................................... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................... 6

2.1. Kereta Rel Listrik (commuter line) .................................................... 6

2.2. Sistem Kelistrikan Kereta Rel Listrik (commuter line) AC ............... 7

2.2.1. Cable Catenary / Listrik Aliran Atas (LAA) ............................... 8

2.2.2. Pantograph ................................................................................... 9

2.2.3. Loco Transformer ......................................................................... 9

2.2.4. Rectifier ........................................................................................ 10

xiv

2.2.5. Inverter ......................................................................................... 12

2.2.6. Gardu Hubung (sub-station) ......................................................... 14

2.3. Petir .................................................................................................... 14

2.3.1. Impuls Petir .................................................................................. 15

2.3.2. Sistemm Proteksi Petir ................................................................. 16

2.4. Kajian Pustaka ................................................................................... 17

2.5. Penelitian yang dilakukan ................................................................. 19

BAB III METODE PENELITIAN .......................................................... 20

3.1. Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................ 20

3.1.1. Waktu penelitian ........................................................................... 20

3.1.2. Tempat Penelitian ........................................................................ 20

3.2. Alat dan Bahan Penelitian ................................................................. 20

3.2.1. Alat Penelitian .............................................................................. 20

3.2.2. Data Penelitian ............................................................................. 20

3,3. Tahapan Penelitian ............................................................................. 21

3.4. Pemodelan Rangkaian Simulasi ........................................................ 22

3.5. Skematik Diagram Kereta Rel Listrik ............................................... 30

3.6. Diagram Alir Penelitian ..................................................................... 31

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................. 33

4.1. Perhitungan dan Pemodelan .............................................................. 33

4.1.1. Arrester ......................................................................................... 33

4.1.2. Catenary System ........................................................................... 35

4.1.3. Arus Impuls .................................................................................. 35

4.2. Parameter Rangkaian Simulasi .......................................................... 36

4.3. Rangkaian Simulasi ........................................................................... 37

4.3.1. Simulasi System Penyaluran Tegangan Menuju Commuter ........ 38

4.3.2. Simulasi Jarak Sambaran .............................................................. 40

4.4. Data Hasil Simulasi ........................................................................... 42

4.4.1. Simulasi Tanpa Arrester ............................................................... 42

4.4.2. Simulasi Menggunakan Arrester .................................................. 43

xv

4.5. Grafik dan Analisis ............................................................................ 44

4.5.1. Hasil Simulasi Sebelum dipasang Arrester impuls 12 kA ........... 45

4.5.2. Hasil Simulasi Setelah Dipasang Arrester impuls 12 kA ............. 47





4.6. Grafik Simulasi Sebelum dan Sesudah di Proteksi ............................ 61

4.6.1. Simulasi A.1 Injeksi 12 kA .......................................................... 61

4.6.2. Simulasi B.1 Injeksi 16 kA ........................................................... 65

4.6.1. Simulasi C.1 Injeksi 20 kA ........................................................... 69

4.7. Pembahasan ...................................................................................... 73

4.8. Tegangan Sisa (Residual Voltage) Hasil Pemotongan Arrester ........ 74

BAB V SIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 79

5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 79

5.2. Saran .................................................................................................. 80

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

xvi

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 4.1 Parameter Rangkaian Simulasi .................................................................. 36

Tabel 4.2 Skenario Simulasi Sistem Proteksi Kereta Rel Listrik............................... 37

Tabel 4.3 Hasil Simulasi Penyaluran di Commuter Line tanpa Arrester ................... 42

Tabel 4.4 Hasil Simulasi Penyaluran di Commuter Line dengan Arrester ................ 43

xvii

DAFTAR GAMBAR

Gambar……………………………………………………………….Halaman

2.1. Kereta Rel Listrik (Commuter Line) .............................................................. 7

2.2. Cable Catenary / Listrik Aliran Atas (LAA) ................................................. 8

2.3. Pantograph ..................................................................................................... 9

2.4. Loco Transformer .......................................................................................... 10

2.5. Rectifier .......................................................................................................... 10

2.6. Rangkaian Ekuivalen Rectifier ....................................................................... 11

2.7. Sinyal Keluaran Rectifier ............................................................................... 11

2.8. Inverter ........................................................................................................... 12

2.9. Rangkaian Ekuivalen Inverter........................................................................ 13

2.10. Sinyal Keluaran Inverter .............................................................................. 13

2.11. Gardu Hubung / Sub-Station ........................................................................ 14

2.12. Sambaran Petir dari Awan ke Bumi ............................................................. 15

2.13. Gelombang Tegangan Impuls 1,2*50 µs ...................................................... 16

2.14. Gelombang arus Impuls 8 * 20 µs ................................................................ 16

2.15. Lightning Arrester 3EB1370 ........................................................................ 17

3.1. Blok diagram pemodelan rangkaian simulasi ................................................ 22

3.2. Rangkaian Transformer .................................................................................. 23

3.3. Rangkaian Ekuivalen Saluran Daya .............................................................. 24

xviii

3.4. Pole/Tiang ...................................................................................................... 25

3.5. Rangkaian Ekuivalen Arrester ...................................................................... 26

3.6. Loco Transformer ......................................................................................... 28

3.7. Rangkaian Rectifier ....................................................................................... 29

3.8. Rangkaian Ekuivalen Inverter........................................................................ 29

3.9. Skematik Sistem Penyaluran Kereta Rel Listrik ............................................ 30

3.10. Rangkaian system proteksi pada kereta rel listrik ....................................... 31

4.1. Pemodelan Arrester ........................................................................................ 34

4.2. Gelombang Arus impuls ................................................................................ 36

4.3. Rangkaian Simulasi Tanpa Arrester .............................................................. 38

4.4. Rangkaian Simulasi Dengan Arrester ............................................................ 39

4.5. Rangkaian Penempatan Sambaran Petir dengan Jarak 70 m ......................... 40

4.6. Rangkaian Penempatan Sambaran Petir dengan Jarak 350 m ....................... 40

4.7. Rangkaian Penempatan Sambaran Petir dengan Jarak 700 m ...................... 41

4.8. Rangkaian Penempatan Sambaran Petir dengan Jarak 1050 m ..................... 41

4.9. Grafik Tegangan Lebih sebelum dipasang Arrester dengan jarak sambaran

Sejauh 70 m Serta Impuls Sebesar 12 kA .................................................... 45


Sejauh 350 m Serta Impuls Sebesar 12 kA ................................................. 45


Sejauh 700 m Serta Impuls Sebesar 12 kA .................................................. 46


Sejauh 1050 m Serta Impuls Sebesar 12 kA ................................................ 46

xix

4.13. Grafik Tegangan Lebih setelah dipasang Arrester dengan jarak sambaran
























xx

















4.33. Grafik Tegangan Lebih sebelum dan sesudah di proteksi dengan jarak

sambaran sejauh 70 m serta impuls sebesar 12 kA...................................... 61


sambaran sejauh 350 m serta impuls sebesar 12 kA .................................... 62




sambaran sejauh 1050 m serta impuls sebesar 12 kA .................................. 64

xxi

















4.45. Gelombang tegangan impuls AC pada sisi primer trafo ............................. 74

4.68. Grafik tegangan sisa di sisi primer trafo dalam berbagai scenario simulasi 75

4.47. Grafik tegangan sisa sisi sekunder trafo dalam berbagai scenario simulasi 76

4.48. Grafik tegangan sisa rectifier dalam berbagai scenario simulasi ................. 77

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kereta rel listrik (commuter) adalah salah satu alat transportasi massal yang terdiri

dari beberapa kendaraan (gerbong) yang ditarik sepanjang jalur kereta. Commuter

bergerak dengan sistem propulsi motor listrik. Menurut Undang – Undang RI

Nomor 23 Tahun 2007 tentang Perkeretaapian pada Bab 1 pasal 2 menyebutkan

bahwa kereta adalah sarana transportasi dengan tenaga gerak, baik berjalan sendiri

maupun dirangkaikan dengan sarana perkeretaapian lainnya. Fungsi dari kereta

(commuter) yaitu untuk mengangkut barang atau penumpang. Peralatan penggerak

kereta (commuter) seperti tercantum dalam Peraturan Pemerintah Republik

Indonesia Nomor 56 Tahun 2009 tentang Penyelenggaraan Perkeretaapian Bab 3

Pasal 193 adalah berupa bahan bakar fosil, gas, atau listrik.

Rencana Induk Perkeretaapian Nasional (RIPNas) ditetapkan sebagai arahan

tentang rencana pengembangan angkutan perkeretaapian nasional hingga tahun

2030, dalam RIPNas dijelaskan bahwa penggunaan energi listrik sebagai

pengganti BBM pada teknologi perkeretaapian memberikan terobosan penting

dalam mengurangi polusi udara akibat transportasi dan dapat mengehemat energi,

2

hal ini sejalan dengan program pengembangan jaringan dan layanan

perkeretaapian perkotaan dengan adanya penggunaan kereta rel listrik.

Kereta rel listrik (Commuter) merupakan transportasi yang hampir ada disetiap

negara, dimana sumber dari commuter line dapat berupa listrik AC maupun listrik

DC. Commuter jenis AC mempunyai sistem kelistrikan sebesar 15 kV dan 25 kV ,

sedangkan commuter line jenis DC mempunyai sistem kelistrikan 750 V dan 1,5

kV.

Pada saat penyaluran, Commuter membutuhkan suplai tegangan terus menerus.

Saat proses penyaluran dapat terjadi gangguan, gangguan tersebut salah satunya

berupa kenaikan tegangan yang disebabkan oleh sambaran petir. Jenis gangguan

dari sambaran petir dibagi menjadi dua, yaitu sambaran langsung dan sambaran

tidak langsung (induksi). Saat terjadi sambaran petir di saluran commuter line,

maka akan terjadi kenaikan tegangan lebih transient yang mengakibatkan

kerusakan pada peralatan kereta. Dalam RIPNas Bab 3 tentang Strategi

Peningkatan Keamanan dan Keselamatan yang salah satu programnya berupa

pengembangan budaya safety first, di mana penyelenggaraannya diarahkan kepada

upaya mencegah terjadinya kecelakaan atau hal-hal yang dapat membahayakan

operasional kereta, sehingga perlu adanya sistem proteksi pada commuter yang

dapat melindungi peralatan dari kerusakan akibat dari sambaran petir. Lightning

Arresters (LA) adalah alat yang digunakan untuk proteksi surja petir, di mana

arrester akan bekerja ketika ada tegangan lebih. Arrester akan membatasi

tegangan lebih tersebut dengan cara mengalirkan arus gangguan menuju tanah

melalui sistem grounding.

3

Penelitian ini membahas proteksi petir di commuter line AC 25 kV menggunakan

Lightning arrester, di mana petir akan dibuat menyambar di saluran commuter

line dengan menginjeksikan arus sebesar 12 kA, 16 kA, dan 20 kA dan letak

sambaran petir divariasikan pada jarak70 m, 350 m, 700 m dan 1050 m. Pada

penelitian ini akan dianalisis pengaruh pemasangan lightning arrester pada saat

terjadi sambaran petir. Dalam penelitian ini trafo, saluran catenary, arrester,

rectifier, inverter, dan motor traksi dimodelkan dan disimulasikan di dalam

perangat lunak MATLAB/simulink.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menganalisis besarnya tegangan lebih akibat sambaran petir pada sistem

listrik aliran atas tegangan AC 25 kV.

2. Menganalisis pengaruh pemasangan Lightning Arresters (LA) pada sistem

kereta rel listrik (commuter).

3. Menganalisis pengaruh jarak titik sambaran petir terhadap kenaikan tegangan

pada kereta rel listrik (commuter) AC 25 kV.

1.3 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari peneltian ini adalah :

1. Dengan mensimulasikan perancangan saluran sistem KRL dapat memberikan

informasi atau acuan sistem proteksi petir pada kereta rel listrik (commuter

line) AC 25 kV.

4

2. Mengetahui lightning performance arrester pada saluran udara kereta rel

listrik (commuter) AC 25 kV.

3. Menganalisis tegangan lebih yang terukur di commuter pada jarak sambaran

terdekat maupun terjauh.

1.4 Rumusan Masalah

Permasalahan yang dibahas pada penulisan skripsi ini antara lain:

1. Pengaruh sambaran petir secara langsung di saluran kereta rel listrik

(commuter).

2. Pemodelan sistem proteksi pada kereta rel listrik (commuter) AC.

3. Pembuatan rangkaian simulasi sistem proteksi tegangan lebih pada kereta rel

listrik menggunakan perangkat lunak MATLAB/Simulink.

1.5 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah pada penulisan skripsi antara lain:

1. Gelombang impuls yang digunakan pada penelitian menggunakan standar

IEC yaitu gelombang petir dengan magnitude 8/20µs.

2. Pemodelan Lightning Arresters (LA) menggunakan model yang

direkomendasikan oleh IEEE C62.11

3. Besarnya gangguan arus ditentukan dan hanya mencapai batas maksimum

kinerja Lightning Arresters (LA).

4. Sistem kelistrikan commuter yang digunakan adalah sistem AC 25 kV.

5. Penelitian ini hanya memproteksi trafo di kereta rel listrik (commuter line)

5

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan dalam penelitian tugas akhir ini terdiri dari beberapa

bagian, yaitu :

BAB I. PENDAHULUAN

Bab ini berisi tentang latar belakang, tujuan penulisan, manfaat penulisan,

rumusan masalah, batasan masalah, dan sistematika penulisan.

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA

Bab ini memuat landasan teori yang berisi teori-teori dasar yang berhubungan

dengan penelitian yang dilakuan.

BAB III. METODELOGI PENELITIAN

Bab ini memuat tentang langkah-langkah penelitian yang dilakukan, seperti

pemodelan sistem, diagram alir pengerjaan penelitian, penjelasan sistem dan

skenario simulasi sistem.

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Bab ini berisi tentang hasil dari simulasi yang dilakukan dan pembahasan hasil

simulasi tersebut.

BAB V. SIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang intisari dari keseluruhan penelitian yang telah dilakukan.

Selain itu terdapat juga saran untuk penelitian yang telah dilakukan untuk

perbaikan di masa yang akan datang.

6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kereta Rel Listrik (Commuter)

Kereta rel listrik (commuter) adalah transportasi massal yang terdiri dari beberapa

kendaraan (gerbong) yang ditarik sepanjang jalur kereta. Commuter bergerak

dengan sistem propulsi motor listrik. Fungsi commuter yaitu sebagai pengangkut

barang atau penumpang. Terdapat dua jenis penyaluran commuter yaitu,

penyaluran terpusat (locomotive-hauled) dan penyaluran terdistribusi (electric

multiple unit/EMU). Locomotive-hauled merupakan sistem penyaluran terpusat

dengan hanya menyalurkan tegangan menuju ke satu gerbong yang memiliki

sistem penggerak. Electric multiple unit/EMU merupakan sistem penyaluran

tegangan terdistribusi, di mana tegangan akan didistribusikan menuju ke setiap

gerbong yang memiliki sistem penggerak.

Kereta rel listrik (Commuter) merupakan alat transportasi yang dapat beroperasi

dengan listrik Alternating Current (AC) maupun listrik Direct Current (DC).

Commuter AC beroperasi dengan tegangan kerja 15 kV atau 25 kV, sedangkan

commuter line DC beroperasi di tegangan 750 V atau 1,5 kV.

Indonesia merupakan negara yang menggunakan commuter sebagai alat

transportasi dengan sistem kelistrikan DC 1,5 kV, beroperasi di wilayah

7

JABODETABEK, dan di catu daya dari Perusahaan Listrik Negara (PLN).

Commuter line Indonesia menggunakan sistem locomotive-hauled dengan

penyaluran terpusat di satu gerbong.

Gambar 2.1 Kereta Rel Listrik (Commuter Line) [1].

2.2 Sistem Kelistrikan Kereta Rel Listrik (Commuter Line) AC

Sistem kelistrikan commuter digambarkan pada gambar Gambar 2.2 merupakan

sistem penyaluran tegangan menuju kereta, di mana tegangan AC 25 kV akan

disalurkan menggunakan catenary menuju ke piranti bernama pantograph dan

diteruskan menuju commuter line. Tegangan AC 25 kV yang disalurkan menuju

commuter line terlebih dulu harus diturunkan tegangannya menggunakan trafo

step down manjadi AC 2,15 kV. Tegangan yang sudah diturunkan menjadi AC

2,15 kV kemudian akan disearahkan menggunakan penyearah (rectifer) menjadi

DC 2,15 kV, lalu dikonversikan menggunakan inverter sehingga tegangan

menjadi tegangan AC 3 fasa 2,15 kV, dan diteruskan menuju sistem penggerak

dari kereta yaitu motor traksi [2].

8

Gambar 2.2 Sistem Penyaluran Kereta Rel Listrik (Commuter Line)

2.2.1 Cable Catenary / Listrik Aliran Atas (LAA)

Cable catenary merupakan sebuah kabel konduktor yang berfungsi menyalurkan

tegangan menuju commuter line. Cable catenary digambarkan pada Gambar 2.3

merupakan kabel berjenis all alumunium conductor (AAC) diameter 12,2 mm,

dengan tegangan yang disalurkan sebesar AC 25 kV[3].

Gambar 2.2 Catenary

2.2.2 Pantograph

Pantograph adalah sebuah alat yang berfungsi sebagai penyalur tegangan yang

dikirimkan melalui catenary menuju commuter line. Pantograph digambarkan

9

pada Gambar 2.3. pantograph harus selalu terhubung dengan catenary, dan harus

mempunyai fleksibilitas yang tinggi karena dipakai pada kecepatan yang tinggi

Gambar 2.3 Pantograph

Pantograph memiliki bentuk tipe diamond-shaped dan single-arm, di mana kedua

pantograph ini mempunyai fungsi yang sama yaitu untuk mengalirkan tegangan

menuju commuter line [4]. Kereta rel listrik dengan tegangan AC 25 kV

menggunakan pantograph tipe single-arm seperti Gambar 2.3.

2.2.3 Loco Transformer

Loco transformer digambarkan pada Gambar 2.4 merupakan transformer penurun

tegangan yang berada di gerbong commuter. Loco transformer pada commuter

AC berfungsi menurunkan tegangan AC 25 kV menjadi AC 2,15 kV [5].

Gambar 2.4 Loco Transformer EN50239 [5].

10

2.2.4 Rectifier

Rectifier digambarkan pada Gambar 2.5 merupakan sebuah alat elektronika yang

digunakan untuk mengubah tegangan listrik AC menjadi listrik DC, dengan

komponen utama berupa dioda. Dioda merupakan komponen elektronika yang

berfungsi melewatkan arus hanya dari kutub positif menuju kutub negatif

(forward bias). Dioda tidak dapat melewatkan arus dari kutub negatif menuju

kutub postif (reverse bias)[6].

Gambar 2.5 Rectifier

Rangkaian ekuivalen rectifier digambarkan pada Gambar 2.6. merupakan rectifier

full bridge, yang terdiri dari empat buah dioda sebagai komponen utamanya.

Pinsip kerja rectifier digambarkan pada Gambar 2.7. di mana ketika dioda diberi

tegangan di sisi positif maka D1 (dioda 1),D2 (dioda 2) bersifat forward bias dan

D3 (dioda 3),D4 (dioda 4) bersifat reverse bias sehingga tegangan positif akan

mengalir dari D1 (dioda 1) menuju D2 (dioda 2). Saat dioda diberi tegangan di

sisi negatif maka D3 (dioda 3),D4 (dioda 4) akan bersifat forward bias dan D1

(dioda 1),D2 (dioda 2) akan bersifat reverse bias sehingga tegangan negatif akan

mengalir dari D3(dioda 3) menuju D4(dioda4).

11

2.6. Gambar Rangkaian Ekuivalen Rectfier

Gambar 2.7 Sinyal keluaran Rectifier

2.2.5 Inverter

Inverter yang digambarkan pada Gambar 2.8 merupakan sebuah alat elektronika

daya yang berfungsi mengubah tegangan DC menjadi tegangan AC, sementara itu

inverter berfungsi untuk mengubah sistem kelistrikan satu fasa menjadi tiga fasa

dengan komponen utama berupa MOSFET. MOSFET merupakan semikonduktor

yang memiliki tiga buah kaki yaitu gate, drain, dan source di mana MOSFET

bekerja dengan mode pensaklaran / switching[7].

12

Gambar 2.8 Inverter [6]

Rangkaian ekuivalen inverter yang digambarkan pada Gambar 2.9. merupakan

pengubah sistem kelistrikan dari DC satu fasa menjadi AC tiga fasa. Komponen

utama dari inverter adalah MOSFET, di mana MOSFET akan bekerja apabila kaki

gate diberi pemicu dari PWM. Gambar 2.10. merupakan gambar sinyal keluaran

dari inverter, di mana prinsip kerja inverter yaitu bekerja seperti mode

pensaklaran. Pada fasa R arus akan mengalir dari M1 menuju M2, ketika

MOSFET M1 dalam keadaan ON dan MOSFET M2 OFF, maka sinyal yang

dihasilkan adalah positif, tetapi jika MOSFET M1 OFF, dan MOSFET M2 ON

maka sinyal yang akan dihasilkan adalah negatif begitupun seterusnya sehingga

akan dihasilkan bentuk sinyal sinusoidal. Fasa S dihasilkan dari operasi switching

yang terjadi pada MOSFET M3 dan M4, sedangkan fasa T dihasilkan dari operasi

switching pada MOSFET M5 dan M6, di mana setiap fasa berbeda sudut

penyalaannya sebesar 1200.

13

Gambar 2.9 Rangkaian Ekuivalen Inverter

Gambar 2.10 Sinyal Keluaran dari Inverter

2.2.6 Gardu Hubung (Sub-station)

Gambar 2.5 merupakan Gardu hubung (sub-station) penyuplai tegangan menuju

commuter line. Saat proses penyaluran menuju commuter line, listrik aliran atas

akan dialiri arus beberapa kilo ampere, karena arus yang dikirim besar maka

terdapat rugi rugi pada saat penyaluran. Rugi-rugi pada saluran dapat diatasi

dengan memasang gardu hubung (sub-station) setiap jarak 5 km[1].

14

Gambar 2.11 Gardu Hubung / sub-station

2.3 Petir

Petir merupakan gejala alam berupa kilatan cahaya putih yang menyilaukan.

Fenomena petir dapat dilihat pada Gambar 2.12 di mana petir terjadi karena

terdapatnya awan bermuatan yang disebabkan karena kelembaban udara dan

gerakan udara ke atas (up draft). Kelembaban udara yang terpapar sinar matahari

akan menyebabkan penguapan, penguapan tersebut akan naik karena adanya

gerakan up draft. Terjadinya proses up draft yang terus menerus akan membentuk

awan bermuatan sehingga menimbulkan fenomena alam berupa petir.

Gambar 2.12 Sambaran Petir dari Awan ke Bumi

15

Sambaran Petir terbagi menjadi dua, yaitu sambaran langsung dan secara induksi.

Sambaran petir mengakibatkan tegangan lebih transient dan gelombang berjalan

(travelling wave)[8].

2.3.1 Impuls Petir

Impuls petir adalah suatu fenomena alam yang terjadi akibat sambaran petir yang

mengakibatkan lonjakan tegangan sesaat dalam jumlah yang besar dan akan turun

secara perlahan. Secara matematis dapat ditulis:

𝑉 = 𝑉0 𝑒−𝑎𝑡 − 𝑒−𝑏𝑡

Berdasarkan standar IEC gelombang tegangan impuls petir nilai waktu muka dan

waktu ekor sebesar 1,2/50 µs, sedangkan untuk gelombang arus impuls petir

sebesar 8/20 µs untuk waktu muka dan waktu ekor, di mana terdapat toleransi

waktu muka ±30% dan waktu ekor ±20% [7].

Gambar 2.13 Gelombang Tegangan Impuls 1,2 x 50 μs

16

Gambar 2.14 Gelombang arus impuls 8 x 20 μs

Waktu muka (Tf) adalah waktu yang diperlukan dari mulai titik nol sampai pada

titik puncak gelombang. Waktu ekor (Tt) adalah waktu yang diperlukan dari mulai

titik nol sampai sampai pada setengah puncak pada ekor gelombang[9].

2.3.2 Sistem Proteksi Petir

Lightning arresters (LA) merupakan alat yang digunakan untuk memproteksi surja

petir. Lightning arrester bekerja ketika ada sambaran petir dengan cara memotong

tegangan lebih dan mengalirkan arus gangguan menuju tanah melalui sistem

grounding.

Gambar 2.15 Lightning Arrester 3EB1 370 [10].

17

Pada saat keadaan normal lightning arrester akan bersifat sebagai isolator yang

artinya tidak dapat menghantarkan arus, dan pada saat bertegangan lebih lightning

arrester akan bersifat sebagai konduktor di mana arus gangguan akan dialirkan

menuju ke tanah[10].

2.4 Kajian Pustaka

1. G.B. Gharehpetian dan Farhad Shahnia, dalam peneltian yang berjudul

“Lightning And Switching Transient Overvoltage In Power Distribution

System Feeding DC Electrified Railways”. Penelitian ini membahas tentang

kenaikan tegangan lebih trasient yang terjadi pada saluran kereta rel listrik

800 VDC akibat dari sambaran petir, dan membandingkan besarnya tegangan

lebih transient pada saat sebelum diproteksi sebesar 70 kV dan sesudah

diproteksi menjadi 30 kV. Penelitian ini menggunakan sistem proteksi berupa

lightning arrester yang dipasang di pantograph yang disimulasikan

menggunakan perangkat lunak PSCAD/EMTDC. Peneliti merekomendasikan

penggunaan arrester sebagai sistem proteksi pada kereta rel listrik DC jika

terjadi sambaran petir pada saluran yang mengakibatkan tegangan lebih [11].

2. Shi Dan, Wu Mingli, Zhang Honghe, Li Teng, Wang Hui, Song Kejian,

dalam penelitian yang berjudul “Measurement and simulation of the

electromagnetic transients of lifting pantograph for an electric multiple units

train”. Penelitian ini membahas mengenai cara memproteksi kenaikan

tegangan lebih transient akibat percikan yang terjadi antara pantograph

terhadap listrik aliran atas (LAA) di kereta rel listrik (commuter line)

menggunakan vacum circuit breaker (VCB) di mana VCB dipasang di antara

18

pantograph dan listrik aliran atas. Penelitian ini menggunakan simulasi

perangkat lunak berupa PSCAD / EMTDC. Peneliti menyarankan agar

dipasang filter berupa berupa kapasitor dan induktor untuk mengurangi

besarnya tegangan lebih transient [12].

3. M.Yonggi Puriza dan Reynaldo Zoro, dalam penelitian yang berjudul

“Lightning Over Voltage Evaluation On DC 1.5 kV Overhead Contact System

(OCS) For Electrified Railways In Indonesia”. Penelitian ini membahas

tentang kenaikan tegangan lebih transient akibat sambaran petir yang terjadi

pada saluran kereta rel listrik 1500 VDC. Penelitian ini dilakukan dengan

perangkat lunak ATP dan mengambil kasus di kereta rel listrik

JABODETABEK. Peneliti menyarankan bahwa perlu adanya kawat tanah

(ground wire) yang langsung terhubung ke tanah dan tidak perlunya spark

gap pada kabel kawat tanah, serta perlu adanya sistem proteksi berupa

arrester yang dipasang di bawah pantograph kereta rel listrik. Peneliti

menyimpulkan bahwa untuk mengurangi tegangan dan arus gangguan dapat

dilakukan dengan cara semua tiang/pole ditanahkan serta semua kabel

grounding saling terhubung satu sama lain[13].

2.5 Penelitian yang dilakukan

Penelitian ini akan membahas cara memproteksi tegangan lebih transient di kereta

rel listrik (commuter line) AC akibat adanya sambaran petir di saluran udara.

Proteksi yang digunakan pada penelitian ini adalah lightning arrester 3EB1 370,

di mana arrester akan dipasang di bawah pantograph. Pada penelitian ini petir

akan disimulasikan menyambar ke saluran kereta rel listrik, sehingga sistem

19

proteksi pada commuter line yaitu arrester akan bekerja memotong tegangan lebih

transient dengan cara mengalirkan arus gangguan menuju sistem pentanahan.

Penelitian ini juga akan membandingkan tegangan lebih transient saat terjadi

sambaran petir dan sebelum terjadinya sambaran petir serta akan memvariasikan

jarak sambaran petir sejauh 70 m, 350 m, 700 m, dan 1050 m serta injeksi arus

sebesar 12 kA, 16 kA, dan 20 kA. Simulasi yang akan dilakukan commuter line

berupa sisi sekunder trafo, catenary system, pole / tiang, impuls petir, lightning

arresters, loco trafo, rectifier, inverter, dan motor traksi. Simulasi ini dilakukan

dengan cara membuat rangkaian simulasi dalam perangkat lunak

MATLAB/simulink.

20

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

3.1.1 Waktu Penelitian

Penelitian tugas akhir ini dilakukan pada bulan September 2017 hingga Juli 2018.

3.1.2 Tempat Penelitian

Penelitian tugas akhir ini dilakukan di Laboratorium terpadu JURUSAN TEKNIK

ELEKTRO, UNIVERSITAS LAMPUNG.

3.2 Alat dan Bahan Penelitian

3.2.1 Alat Penelitian

Penelitian ini menggunakan alat sebagai berikut :

a. Perangkat komputer/ Laptop

b. Perangkat lunak MATLAB/Simulink

3.2.2 Data Penelitian

Data penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah berupa data

kelistrikan kereta rel listrik (commuter line) 25 kV AC yang meliputi data: Sisi

Sekunder Trafo, Catenary, Pole/Tiang, Impuls Petir, Lightning Arrester, Loco

Trafo, Rectifier, Inverter, dan Motor Traksi.

21

3.3 Tahapan Penelitian

Langkah-langkah yang dilakukan dalam penelitian tugas akhir ini adalah sebagai

berikut :

a. Studi Literatur

Dalam tahap ini proses yang dilakukan adalah mengumpulkan informasi dari

berbagai literatur baik yang bersumber dari karya tulis ilmiah, buku, jurnal

penelitian, maupun artikel di internet.

b. Studi Bimbingan

Dalam studi bimbingan meliputi pendalaman materi terhadap topik/masalah dan

melakukan diskusi bersama pembimbing, serta mencari solusi dari permasalahan

mengenai topik penelitian yang akan dilakukan.

c. Pengumpulan data

Pada tahap ini penulis menghimpun data yang dibutuhkan dalam penelitian, data

tersebut meliputi spesifikasi dari peralatan yang bersumber dari kelistrikan kereta

rel listrik AC, agar dapat memenuhi pembuatan simulasi yang akan digunakan di

matlab/simulink

d. Pemodelan

Komponen yang akan dimodelkan dalam simulasi rangkaian sistem proteksi

terdiri dari; Sisi Sekunder Trafo, Catenary, Pole / Tiang, Impuls Petir, Lightning

Arrester, Loco Trafo, Rectifier, Inverter, dan Motor Traksi.

e. Simulasi Rangkaian

Simulasi dilakukan dengan memodelkan komponen dari sistem kelistriakan

commuter line. Di mana jarak sambaran akan di variasikan sejauh 70 m, 350 m,

22

700 m dan 1050 m, dan besarnya arus impuls yang diinjeksikan sebesar 12 kA, 16

kA, dan 20 kA.

f. Analisis

Dari hasil simulasi rangkaian akan dianalisis kenaikan tegangan di commuter line

dengan variasi jarak sambaran sejauh 70 m, 350 m, 700 m dan 1050 m, serta akan

dianalisis tegangan sisa (residual voltage) setelah dipotong menggunakan arrester

di mana arus impuls yang diinjeksikan sebesar 12 kA, 16 kA, dan 20 kA.

3.4 Pemodelan Rangkaian Simulasi

Tujuan dari penulisan tugas akhir ini adalah membuat simulasi sistem proteksi

tegangan lebih pada kereta rel listrik dengan pemasangan arrester guna

mengurangi besarnya tegangan lebih akibat sambaran petir yang akan

disimulasikan pada Perangkat Lunak MATLAB/Simulink.

Gambar 3.1 Blok diagram pemodelan rangkaian simulasi

23

Gambar 3.1 menjelaskan blok diagram pemodelan rangkaian simulasi di kereta rel

listrik, tahapan pemodelan dimodelkan dengan Trafo Sisi Sekunder, Catenary

System, Tiang / Pole, Surja Petir, Lightning Arrester, Loco Transformer, Rectifer,

Inverter, dan Motor Traksi yang disimulasikan di MATLAB/simulink

a. Transformator

Transformator dimodelkan menggunakan rangkaian ekuivalen yang dimodelkan

di sisi sekunder trafo, dengan nilai R : 0,1Ω, L : 0,1µH, C : 1nF [13]

Gambar 3.2 Rangkaian Trafansformator [14]

b. Catenary System

Catenary system merupakan penyalur tegangan menuju kereta rel listrik,

dimodelkan berdasarkan nilai parameter saluran seperti; resistansi saluran,

induktansi saluran, dan kapasitansi saluran dengan dihitung dan dimodelkan

dengan rangkaian ekuivalen berdasarkan persamaan 3.1 sampai 3.4 [15].

24

Gambar 3.3 Rangkaian Ekuivalen Saluran Daya [15]

Resistansi penghantar dirumuskan dengan:

(3.1)

Induktansi kawat penghantar, dirumuskan sebagai berikut :

(3.2)

Nilai GMR dapat dihitung dengan persamaan berikut:

(3.3)

Kapasitansi konduktor persatuan panjang (C) dirumuskan sebagai berikut:

(3.4)

25

Dimana,

A :Luas penampang penghantar (m)

: Resistivitas penghantar (Ωm)

l : Panjang penghantar (m)

r : Jari-jari konduktor (meter)

h : Ketinggian konduktor dari tanah (meter)

µ0 : permebilitas udara (4π.10−4 H/km)

ɛ0 : permetivitas udara (8.8542.10−9 F/km )

c. Pole /Tiang

Pole / tiang merupakan penyangga dari catenary system, yang dimodelkan dengan

nilai impedasi (Z) tiang sebesar 220 MΩ [16] dan impedasi isolator, di mana

impedasi isolator tiang dapat dihitung dengan persamaan 3.5 [17].

Gambar 3.4 Pole / Tiang

R=V/I (3.5)

Di mana:

V : 25 kV I :103,3 µA

26

d. Model Surja Petir

Surja petir dimodelkan berdasarkan standar IEC, dengan waktu muka 8 µs, dan

waktu ekor 20 µs, di mana gelombang impuls dimodelkan dengan persamaan

double eksponensial seperti pesamaan 3.6 [18]:

I ( t ) = A I p t k exp (- t / τ) (3.6)

Di mana :

A = 0,01405 µs

k = 2,93

τ = 3,977µs

e. Arrester

Arrester merupakan alat proteksi terhadap surja petir. Arrester menggunakan

pemodelan yang di rekomendasikan oleh IEEE seperti pada Gambar 3.7,

untuk mendapatkan nilai R, L, C, dan derajat non linier didapat dari

persamaan(3.7 sampai 3.14) [10].

Gambar 3.5 Rangkaian ekuivalen Arrester [10]

Nilai R, L, dan C didapat dari perhitungan sebagai berikut, di mana d merupakan

tinggi dari arrester serta n merupakan keping dari arrester (3.7)

27

R0 = 100 (3.7)

R1 = 65 (3.8)

L0 = 0.2 (3.9)

L1 = 15 (3.10)

C = 100 (3.11)

Karakteristik arrester dirumuskan dalam persamaan 3.7 sampai persamaan 3.9:

(3.12)

K merupakan sebuah konstanta, dan α merupakan derajat non-linear arrester yang

ditentukan dari kurva karakteristik V-I atau dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan :

(3.13)

Untuk I2/I1 =1 maka nilai α adalah:

(3.14)

f. Loco Transformator

Loco Transformator merupakan sebuah penurun tegangan yang berada di dalam

kereta rel listrik, dan dimodelkan menggunakan trafo linier yang berada di

MATLAB/simulink[5].

28

Gambar. 3.6 Loco Transformator

g. Rectifier

Rectifier merupakan sebuah peralatan elektronika yang berfungsi untuk

mengubah tegangan listrik dari AC menjadi DC. Pada kereta rel listrik (commuter

line) menggunakan rectifer full bridge yang dimodelkan pada Gambar 3.7.

Gambar 3.7 Rangkaian rectifier[6]

h. Inverter

Inverter adalah rangkaian elektronika daya yang digunakan untuk

mengkonversikan tegangan searah (DC) menjadi tegangan bolak-balik (AC). Pada

kereta rel listrik (commuter line) inverter yang digunakan adalah inverter full

29

bridge dengan komponen utamanya berupa enam buah MOSFET. Pemodelan

inverter pada kereta rel listrik dimodelkan menggunakan rangkaian ekuivalen

pada Gambar 3.8.

Gambar 3.8 Rangkaian Ekuivalen Inverter[7]

3.5 Skematik Diagram Kereta Rel Listrik

Gambar 3.9 menggambarkan single line diagram pada kereta rel listrik AC 25 kV.

Tegangan 25 kV AC yang dikirim oleh PLN akan disalurkan melalui catenary

menuju commuter line dan diterima oleh piranti bernama pantograph. Tegangan

yang telah diterima oleh pantogprah akan diturunkan menggunakan loco trafo

menjadi AC 2,15 kV dan disearahkan menggunakan penyearah (rectifier) menjadi

tegangan DC 2,15 kV, kemudian akan dikonversikan menggunakan inverter

menjadi AC 3 fasa 2,15 kV, dan diteruskan menuju motor traksi.

30

Gambar 3.9 Skematik Sistem Penyaluran Kereta Rel Listrik[12]

Gambar 3.10 merupakan gambar rangkaian sistem proteksi pada kereta rel listrik,

di mana dalam penelitian ini petir diasumsikan akan menyambar di saluran

catenary sehingga akan mengakibatkan terjadinya kenaikan tegangan lebih

transient di kereta rel listrik, untuk memproteksi peralatan listrik yang ada di

commuter line maka dipasang lightning arrester sebagai sistem proteksi terhadap

surja petir.

Gambar 3.10 Rangkaian Sistem Proteksi pada Kereta Rel Listrik

31

3.6 Diagram Alir Penelitian

Tahapan penelitian dimulai dari studi literatur, studi bimbingan, pengumpulan

data (saluran catenary, trafo, loco trafo, rectifier, inverter, dan motor traksi ),

pemodelan rangkaian (single line diagram, spesifikasi peralatan, dan rangkaian

ekuivalen), simulasi rangkaian (Matlab/simulink), menjalankan simulasi, analisa

hasil simulasi dan tahap terakhir adalah penulisan laporan, yang digambarkan

pada Gambar diagram alir 3.11

32

Gambar 3.11 Diagram Alir Penelitian

Studi Literatur

Studi Bimbingan

Pengumpulan Data

Saluran

catenary

Trafo

Rectifier

Inverter

Motor traksi

Arrester

Pemodelan sistem kelistrikan

kereta api listrik

Single line diagram

Spesifikasi peralatan

Rangkaian ekuivalen

Menjalankan

Simulasi Analisis Data Hasil

Simulasi

Selesai

Mulai

Rangkaian Simulasi

Matlab / simulink

79

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil simulasi proteksi tegangan lebih pada commuter line, diperoleh

kesimpulan sebagai berikut:

1. Tegangan lebih yang paling besar dihasilkan sebelum dipasang arrester yaitu,

dengan injeksi arus sebesar 20 kA serta jarak sambaran 350 m dihasilkan

tegangan lebih 222,7 kV dan yang paling rendah yaitu pada injeksi arus 12 kA

serta jarak sambaran 1050 m dihasilkan tegangan lebih 120,7 kV

2. Tegangan sisa hasil pemotongan arrester yang paling besar yaitu, dengan

injeksi arus sebesar 20 kA serta jarak sambaran 1050 m dihasilkan tegangan

sisa 72,41 kV dan yang paling rendah yaitu pada injeksi arus 12 kA serta jarak

sambaran 1050 m dihasilkan tegangan lebih 62,27 kV.

3. Pada simulasi dengan injeksi arus 20 kA dengan jarak sambaran 350 m

dihasilkan tegangan lebih sebesar 222,7 kV, setelah diproteksi tegangan

residual sebesar 70,44 kV. Nilai tersebut masih dibawah BIL trafo sebesar 150

kV.

80

5.2 Saran

Sebagai saran dan masukan untuk menyempurnakan penelitian yang akan

dilakukan selanjutnya, penelitian ini hanya meneliti sambaran secara langsung

sehingga dapat dilakukan penelitian lanjutan yaitu sambaran secara induksi, dan

untuk selanjutnya dapat dilakukan analisa ketidak seimbangan fasa pada motor

traksi.

81

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Ranko Pešič Boris Grmovšek. 2011. Application of Lightning Protection

and Surge Arrestres in Railway Facilities. Slovenia : International

Conferance on Power Systems Transients

[2]. Priya Mahajan and Rachana Garg.2014. Design and Simulation of H-

Bridge Fed Direct Torque Controlled electric Traction Drive. IEEE.

[3]. Marco Brizzi, dan Bernhard Richter. 2005. New Concept For the

Protection Against Lightning Overvoltages and Touch Voltages.

International Conference on Electricity Distribution

[4]. Kelvin Melckzedeck Minja, Pius Victor Chombo, Narupon Promvichai,

and Boonruang Marungsri. 2017. Transient Current Behaviour during

Multiple Lightning strokes on multiple Unit Trains. Electronics, and

Communications Vol.15, NO.02

[5]. Toshiba. 2012. Traction and Auxilary System (Product Catalog & design

Guide). China.

[6]. Secheron. 2016. Traction rectifier (Product Catalog & design Guide).

Canada.

82

[7]. ABSOPULSE. 2016. Compact 3-Phase Railway Quality DC-AC Sine

Wave Inverter CTP-300R-F7 Series (Product Catalog & design Guide).

Canada.

[8]. Cooray, Vernon. 2010. Lightning Protection ( IET Power and Energy

Series 58). London : The Institution Of Engineering and Technology.

[9]. IEC 60060-1. 1989. High Voltage Test Techniuqes, part 1 : General

Definitions and Test Requirements.

[10]. Siemens. 2014. Surge Arrester for Railway Applications (Product Catalog

& design Guide). Germany.

[11]. G. B. Gharehpetian and Farhad Shahnia. 2010. Lightning and Switching

Transient Overvoltages In Power Distribution System Feeding DC

Electrified Railway. Amirkabir University of Technology, Iran.

[12]. Shi Dan, Wu Mingli, Zhang Honghe, Li Teng, Wang Hui, and Song

Kejian. 2013. Measurement and Simulation of the Electromagnetic

Transients of Lifting Pantograph For An Electric Multiple Units Train.

International Conference on Power Systems Transients Canada.

[13]. M. Yonggi Puriza and Reynaldo Zoro. 2014. Lightning Over Voltage

Evaluation On DC 1.5 kV Overhead Contact System (OCS) For Electrified

Railway in Indonesia. Institute Teknologi Bandung, Bandung.

[14]. Rakotomalala, A. Auriol, Ph. And Rousseau, A. 1994. Lightning

distribution through earthing system. IEEE.

[15]. Dommel, H. 1969. Digital Computer Solution of Electromagnetic

Transient in Single and Multiple Networks. IEEE Transacations on Power

Apparatus and Systems. No.4, Vol. 88.

83

[16]. Tomasz Chmielewski and Andrzej Dziadkowiec. 2013. Simulations of

Fast Transients in a Typical 25 kV AC Railway Power Supply System.

Zeszyty Naukowe Wydziału Elektrotechniki i Automatyki PG, ISSN 235 -

1290.

[17]. L.H. Meyer, C.R.P. Oliboni, G.C. Graziano, T.I.A.H. Mustafa, H.A.D.

Almaguer, F.H. Molina, and G.Cassel. 2011. A study of the correlation of

leakage current,humidity and temperature of 25 kV insulatorsin urban and

rural areas. IEEE Transactions on Power Delivery vol 6.

[18]. Ronald B. Standler. 1988. Equations for Some Transient Overvoltage Test

Waveforms. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Vol.30,

No. I

ANALISIS PENGARUH PEMASANGAN SISTEM PROTEKSI …digilib.unila.ac.id/55038/3/SKRIPSI TANPA BAB PEMBAHASAN.pdf · arrester sebagai sistem proteksi tidak ada tegangan yang melewati batas

Documents