OPTIMASI PENEMPATAN ARRESTER TERHADAP …elektro.undip.ac.id/el_kpta/wp-content/uploads/2012/05/L2F007027... · optimasi penempatan arrester terhadap tegangan lebih transien pada

[1] Mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Undip [2] Dosen Jurusan Teknik Elektro Undip

Makalah Seminar Tugas Akhir

OPTIMASI PENEMPATAN ARRESTER TERHADAP TEGANGAN LEBIH TRANSIEN

PADA TRANSFORMATOR DAYA MENGGUNAKAN PSO (PARTICLE SWARM

OPTIMIZATION)

Dwi Harjanto[1]

., Ir.Yuningtyastuti, MT[2]

., Susatyo Handoko, ST, MT[2]

,

Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro

Jalan Prof. Sudharto, Tembalang, Semarang, Indonesia

Abstract Indirect lightning strike can induce transient overvoltage to electrical power system. In order to protect the

electrical power system and improve its lightning performance, arresters are installed. The distance between arrester and

the power transformer to be protected plays important role for the efficient protection of the equipment. If arrester is placed

too far from power transformer, the overvoltage can exceed BIL (Base Insulation level) of power transformer.

In this final project will be created a simulation program. This program is used to simulate optimum placement of

arrester. Program will be created using particle swarm optimization method with Matlab 7 programming. The particle

swarm optimization is optimization method inspired by social behavior and movement dynamics of birds, which is

representation of the parameter that is optimized, thus it will get the best particle among particles within a swarm.

The test is performed on laboratory using two types of configuration : conductor-conductor line and conductor-

cable line. The simulation result that the distance between arrester and power transformer in configuration of conductor-

cable line is bigger than configuration of conductor-conductor line.

Keywords : Indirect Lightning Strikes, Arrester, BIL of Power Transformer, Particle Swarm Optimization, and Line

Configuration.

I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Permasalahan tegangan lebih transien pada

sistem tenaga listrik dapat disebabkan karena

adanya faktor internal dan eksternal. Faktor internal

dapat terjadi karena adanya operasi pensaklaran

(switching) dari PMT, sedangkan faktor eksternal

terjadi karena adanya sambaran petir. Sambaran

petir dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu sambaran

langsung yaitu sambaran yang langsung mengenai

saluran dan sambaran tidak langsung atau sambaran

induksi yaitu sambaran yang mengenai daerah di

sekitar saluran.

Sambaran petir tidak langsung dapat terjadi

jika petir menyambar obyek di dekat saluran. Pada

saluran tersebut akan terjadi fenomena transien

yang diakibatkan oleh koupling medan

elektromagnetik di kanal petir. Akibat dari kejadian

ini akan timbul tegangan lebih transien dan

gelombang berjalan yang merambat pada sisi kawat

saluran yang berada di dekat lokasi terjadinya

sambaran.

Arrester merupakan salah satu peralatan

proteksi untuk melindungi transformator daya dari

gangguan tegangan lebih transien. Akan tetapi

arrester memiliki zona proteksi yang terbatas.

Perlindungan transformator daya yang efektif

dipengaruhi oleh jarak antara arrester dengan

transformator daya. Jika arrester ditempatkan terlalu

jauh dengan transformator daya, maka tegangan

yang tiba pada transformator daya dapat melebihi

tegangan yang dapat dipikul oleh transformator

daya (BIL transformator daya). Transformator daya

masih dapat dilindungi dengan baik apabila jarak

arrester dengan transformator daya masih di dalam

batas yang diijinkan. Dalam tugas akhir ini dibuat

program simulasi optimasi penempatan arrester

menggunakan metode PSO (Particle Swarm

Optimization) dengan bantuan software Matlab 7.

1.2 Tujuan

Tujuan dari tugas akhir ini adalah untuk

menentukan penempatan arrester yang optimal

terhadap tegangan lebih transien pada transformator

daya menggunakan PSO (Partcle Swarm

Optimization).

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam pembuatan tugas akhir ini penulis

membatasi permasalahan sebagai berikut :

1. Tegangan yang digunakan untuk menentukan

penempatan arrester adalah tegangan 20 kV,

tegangan 66 kV, tegangan 150 kV, dan tegangan

500 kV.

2. Kawat yang digunakan adalah jenis konduktor

tunggal (single conductor).

2

3. Kabel yang digunakan adalah kabel berinti

tunggal (single core cable).

4. Jenis sambaran petir yang digunakan adalah

sambaran petir tidak langsung (sambaran

induksi) dengan arus puncak sambaran balik

adalah 650 kA.

5. Kecepatan arus sambaran balik adalah 280 m/μs

dan incidence angle = 2 rad.

6. Konduktivitas tanah = 0,001 S/m.

7. Simulasi menggunakan software Matlab versi

7.0.

II DASAR TEORI

2.1 Petir[2]

Petir merupakan peristiwa alam mengenai

muatan listrik dan pelepasan listrik elektrostatik

antara awan dengan awan dan antara awan dengan

bumi. Indonesia terletak di daerah tropis yang

sangat panas dan lembab yang dapat menyebabkan

terjadinya pembentukan awan badai penghasil petir.

Petir yang menyambar saluran dibedakan menjadi

dua macam, yaitu sambaran langsung yaitu

sambaran yang langsung mengenai saluran dan

sambaran tidak langsung atau sambaran induksi

yaitu sambaran yang mengenai daerah di sekitar

saluran.

2.2 Gelombang Berjalan[6,8,21]

2.2.1 Bentuk Umum

Bentuk umum gelombang berjalan dapat

dilihat pada gambar 1.

Gambar 1. Spesifikasi Gelombang Berjalan

Spesifikasi dari gelombang berjalan :

1. Puncak (crest) gelombang, E : amplitudo

maksimum dari gelombang.

2. Waktu muka gelombang (front time), t1 : waktu

dari permulaan sampai puncak (0% sampai

100% E atau 10% sampai 90% E).

3. Waktu ekor gelombang (tail time), t2 : waktu

dari permulaan sampai titik 50% E pada ekor

gelombang.

Gelombang berjalan akan menimbulkan surja pada

saluran yaitu surja tegangan dan surja arus.

Untuk mendapatkan besarnya tegangan

puncak dari tegangan induksi petir pada saluran

digunakan Persamaan (1) :

…………… (1)

Dimana :

h = tinggi saluran (m)

I = Arus puncak sambaran balik (kA)

v = kecepatan sambaran balik (m/μs)

α = incidence angle (rad)

σ = konduktivitas tanah (S/m)

R = Jarak antara titik sambaran dengan saluran (m)

tf = Waktu muka (front time) arus sambaran balik (μs)

2.2.2 Kecepatan Rambat (v)

Kecepatan rambat gelombang berjalan pada

kawat udara adalah 300 m/μs dan kecepatan rambat

gelombang berjalan pada kabel adalah 150 m/μs.

2.2.3 Impedansi Surja (Z)

Besarnya impedansi surja pada kawat udara

dipengaruhi oleh ketinggian kawat di atas tanah (h)

dan jari-jari konduktor (r), dimana :

ohmr

hz

2ln60

…………………………………... (2)

Sedangkan besarnya impedansi surja pada kabel

dipengaruhi oleh jari-jari isolasi pembungkus kabel

(R), jari-jari konduktor (r), dan permitivitas kabel

(ε), dimana :

…………….………………... (3)

2.2.4 Penyaluran Gelombang Berjalan

Besarnya tegangan dari suatu gelombang

berjalan ditentukan oleh impedansi surja dari

saluran. Gelombang berjalan yang sampai pada

sebuah sambungan antara dua saluran dengan

impedansi surja yang berbeda akan menimbulkan

gelombang berjalan yang baru sebagai gelombang

pantul (er1) dan gelombang terusan (e2) setelah

melintasi atau saat sampai pada sambungan

tersebut.

z1

z2

Saluran 2Saluran 1

e2e

r1

e1

Titik

sambungan

Gambar 2. Penyaluran Gelombang Berjalan

Dan besarnya gelombang terusan (e2) adalah

1

21

22

2e

zz

ze

…………………..…………… (4)

3

2.3 Arrester[6,12]

2.3.1 Prinsip Kerja

Arrester adalah alat pelindung bagi

peralatan sistem tenaga listrik terhadap tegangan

lebih baik yang disebabkan oleh surja petir maupun

surja hubung. Alat ini membentuk jalan yang

mudah dilalui arus surja ke tanah, sehingga tidak

timbul tegangan lebih pada peralatan. Pada keadaan

normal arrester berlaku sebagai isolator, namun bila

ada surja arrester berlaku sebagai konduktor yang

dapat mengalirkan arus surja ke tanah. Setelah surja

hilang, arrester harus dengan cepat kembali menjadi

isolator, sehingga pemutus tenaga (PMT) tidak

sempat membuka.

2.3.2 Jarak Maksimum Arrester dengan

Transformator Daya

Perlindungan yang baik diperoleh jika

arrester ditempatkan sedekat mungkin dengan

transformator daya. Akan tetapi dalam

kenyataannya, arrester ditempatkan dengan jarak

tertentu.

Gambar 3. Jarak Arrester dengan Transformator Daya

Untuk menentukkan jarak maksimum

antara arrester dengan transformator daya

dinyatakan dengan persamaan

……………………….. (5)

dimana :

x = Jarak maksimum arrester dengan

transformator daya (m)

BIL = Kekuatan isolasi transformator daya (kV)

Ea = Tegangan pelepasan arrester (kV)

A = Kecuraman muka gelombang tegangan

(kV/μs)

v = Kecepatan rambat gelombang (m/μs)

2.4 PSO (Particle Swarm Optimization)[4,5]

2.4.1 Dasar PSO

Particle Swarm Optimization (PSO) adalah

salah satu dari teknik komputasi evolusioner.

Populasi pada PSO didasarkan pada penelusuran

algoritma dan diawali dengan suatu populasi yang

random yang disebut dengan particle.

Setiap particle di dalam PSO berhubungan

dengan suatu velocity (kecepatan). Particle-particle

tersebut bergerak melalui penelusuran ruang dengan

velocity yang dinamis. Oleh karena itu, particle-

particle mempunyai kecenderungan untuk bergerak

ke area penelusuran yang lebih baik setelah

melewati proses penelusuran.

Beberapa istilah umum yang digunakan

dalam PSO dapat didefinisikan sebagai berikut :

1. Swarm : populasi dari suatu algoritma.

2. Particle : anggota (individu) pada suatu swarm.

3. Pbest (Personal Best) : posisi Pbest suatu

particle yang menunjukkan posisi particle yang

dipersiapkan untuk mendapatkan suatu solusi

yang terbaik.

4. Gbest (Global Best) : posisi terbaik particle pada

swarm atau posisi terbaik diantara Pbest yang

ada.

5. Velocity (V) : kecepatan yang menggerakkan

proses optimasi yang menentukan arah dimana

particle diperlukan untuk berpindah dan

memperbaiki posisinya semula.

6. Learning Rates (C1 dan C2) : suatu konstanta

untuk menilai kemampuan particle (C1) dan

kemampuan sosial swarm (C2) yang

menunjukkan bobot dari particle terhadap

memorinya. Nilai C1 dan C2 antara 0-2.

7. Inertia Weight (θ) : parameter yang digunakan

untuk mengontrol dampak dari adanya velocity.

2.4.2 Algoritma PSO

Algoritma dari PSO yaitu :

1. Menentukan ukuran swarm dan menentukan

nilai awal masing-masing partikel secara random

2. Mengevaluasi nilai fungsi tujuan untuk setiap

partikel

3. Menentukan kecepatan / velocity mula-mula

4. Menghitung Pbest dan Gbest mula-mula

5. Menghitung kecepatan pada iterasi berikutnya

dengan Persamaan (6) Vj(i) = θ Vj (i - 1) + c1 r1 [ Pbest,j - Xj (i-1) ] + c2 r2

[ Gbest - Xj (i-1) ] ................................. (6)

dengan

.….………...……… (7)

i = iterasi ; j = 1,2,3,...,N ; r1 dan r2 adalah

bilangan random; θmax dan θmin adalah random

6. Menentukan posisi partikel pada iterasi

berikutnya menggunakan Persamaan (8)

Xj(i) = Xj(i – 1) + Vj(i) ……….....................….. (8)

7. Mengevaluasi nilai fungsi tujuan pada iterasi

selanjutnya

8. Mengupdate Pbest dan Gbest

9. Mengecek apakah solusi sudah optimal atau

belum. Kalau sudah optimal, maka proses

algoritma berhenti, namun bila belum optimal

maka kembali ke langkah 5.

4

III PERANCANGAN SISTEM

Secara umum tujuan dari perancangan sistem

adalah penempatan arrester yang optimal yang

mengacu pada jarak maksimum antara arrester

dengan transformator daya menggunakan metode

PSO. Sehingga tegangan surja yang tiba di

transformator daya tidak melebihi kekuatan isolasi

(BIL) transformator daya. Secara garis besar proses

penelitian dapat dilihat pada gambar 4.

Mulai

Simulasi Program dengan Metode PSO

Pengumpulan Data

Analisa dan Kesimpulan

Selesai

Gambar 4. Flowchart langkah penelitian

3.1 Pengumpulan Data

3.1.1 Data Tegangan Puncak Induksi Petir Tabel 1. Parameter tegangan puncak induksi petir

Parameter-Parameter Tegangan Induksi

Petir Nilai

Arus puncak sambaran balik (I) 650 kA

Waktu muka arus sambaran balik (tf) 0,5 μs; 1 μs; dan 2 μs

Incidence angle (α) 2 rad

Kecepatan arus sambaran balik (v) 280 m/μs

Konduktivitas tanah 0,001 S/m

Jarak antara titik sambaran dengan

saluran (R) 50 m, 100 m, dan 200 m

Tinggi saluran (h)

Tegangan 20 kV = 8,5 m

Tegangan 66 kV = 19 m



3.1.2 Data Tegangan Pelepasan Arrester Tabel 2. Data tegangan pelepasan arrester berdasarkan

SPLN 7 – 1978

Data Peralatan Tegangan yang Digunakan

20 kV 66 kV 150 kV 500 kV

Tegangan

Pelepasan Arrester 76 kV 270 kV 460 kV 927 kV

3.1.3 Data BIL Transformator Daya Tabel 3. Data BIL transformator daya berdasarkan SPLN

7 - 1978

Data Peralatan Tegangan yang Digunakan

20 kV 66 kV 150 kV 500 kV

BIL Transformator

Daya 125 kV 325 kV 650 kV 1550 kV

3.1.4 Data Impedansi Surja Kawat Tabel 4. Parameter-parameter impedansi surja kawat

Data Kawat Tegangan yang Digunakan

20 kV 66 kV 150 kV 500 kV

Luas Penampang

Konduktor (A) 95 mm2 240 mm2 305 mm2 374 mm2

Jari – Jari

Konduktor (r) 5,5 mm 8,74 mm 9,86 mm 10,9 mm

Ketinggian kawat

diatas tanah (h) 8,5 m 19 m 30 m 70 m

3.1.5 Data Impedansi Surja Kabel Tabel 5. Parameter-parameter impedansi surja kabel

Data Kabel Tegangan yang Digunakan

20 kV 66 kV 150 kV 500 kV

Diameter

Konduktor (dr) 20,6 mm 54,4 mm 62 mm 62 mm

Diameter

Pembungkus Isolasi

(dR)

33,2 mm 77,4 mm 101 mm 129 mm

Permitivitas (ε) 4 4 4 4

3.1.6 Konfigurasi Saluran Untuk

Penyambungan Arrester dan

Transforamtor Daya

3.1.6.1 Konfigurasi Saluran Kawat-Kawat (KK)

Gambar 5. Konfigurasi saluran kawat-kawat

3.1.6.2 Konfigurasi Saluran Kawat-Kabel (KKb)

Gambar 6. Konfigurasi saluran kawat-kabel

3.2 Pembuatan Program Simulasi

Pembuatan program simulasi ini

menggunakan software Matlab 7 dengan metode

optimasi PSO (Particle Swarm Optimization).

IV PENGUJIAN DAN ANALISIS

Pengujian terhadap sistem ini dilakukan

dengan tujuan untuk menentukan penempatan

arrester yang optimal terhadap tegangan lebih

transien pada transformator daya berdasarkan nilai

fungsi tujuan untuk setiap tegangan yang

digunakan. Ada dua hasil penempatan arrester yaitu

X1 untuk konfigurasi saluran kawat-kawat dan X2

untuk konfigurasi saluran kawat-kabel.

5

4.1 Tegangan 20 kV

4.1.1 Pengaruh Variasi Waktu Muka atau Front

Time Arus Sambaran Balik (tf) Terhadap

Jarak Maksimum Arrester dengan

Transformator Daya

Untuk optimasi program simulasi dibutuhkan

data dengan parameter sebagai berikut : arus puncak

sambaran balik = 650 kA, jarak antara titik

sambaran dengan saluran (R) = 200 m, tinggi

saluran (h) = 8,5 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001

S/m, incidence angle (α) = 2 radian, kecepatan arus

sambaran balik (v) = 280 m/μs. Selain itu juga

dibutuhkan data parameter PSO seperti ukuran

swarm, nilai C1 dan C2 yang berbeda-beda. Selain

itu dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran

swarm = 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan

θmin = 0,4.

1. Waktu Muka (tf) = 0,5 μs Tabel 6. Nilai fungsi tujuan antar pengujian

Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi

Tujuan X1 (m) X2 (m)

1 15 0,02 0,01 4x10-7 3,2225 34,5758

2 15 0,02 0,01 6,3x10-6 3,1228 25,3928

3 15 1 0,5 0,29519 3,145 27,2722

4 15 1 0,5 0,0142 3,1434 27,2379

5 15 0,5 1 1 3,1451 27,2648

6 15 0,5 1 1x10-3 3,1448 27,116

7 15 2 2 0,99999 3,1451 27,26483

8 15 2 2 1 3,1451 27,2648

Dari Tabel 6. terlihat bahwa belum tentu didapatkan

nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan

nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO

menerapkan sistem random / acak pada tiap proses

penelusurannya. Hasil pengujian yang

menghasilkan nilai fungsi tujuan tertinggi adalah 1.

2. Waktu Muka (tf) = 1 μs Tabel 7. Nilai fungsi tujuan antar pengujian

Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 8,5x10-8 3,9003 13,0634

2 15 0,02 0,01 1,7x10-7 3,5806 17,8575

3 15 1 0,5 7,2x10-8 3,6683 10,5025

4 15 1 0,5 1 3,563 30,8879

5 15 0,5 1 1 3,563 30,8879

6 15 0,5 1 1 3,563 30,8879

7 15 2 2 1 3,563 30,8879

8 15 2 2 1 3,563 30,8879

Dari Tabel 7. terlihat bahwa belum tentu didapatkan

nilai fungsi tujuan yang sama meskipun dengan

nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO

menerapkan sistem random / acak pada tiap proses




Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 8,8x10-8 3,3309 13,004

2 15 0,02 0,01 3,2x10-9 9,406 17,7743

3 15 1 0,5 1 4,0365 34,9924

4 15 1 0,5 1 4,0365 34,9924

5 15 0,5 1 8,2x10-8 4,1578 13,5434

6 15 0,5 1 2x10-6 4,0985 29,0534

7 15 2 2 1 4,0365 34,9924

8 15 2 2 1 4,0365 34,9924

Dari Tabel 8. terlihat belum tentu didapatkan nilai

fungsi tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1

dan C2 yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan

sistem random / acak pada tiap proses



Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran

balik terhadap jarak maksimum arrester dengan

transformator daya dapat dilihat pada Tabel 9.

Tabel 9. Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran


transformator daya pada tegangan 20 kV Waktu Muka Arus

Sambaran Balik

Jarak Maksimum Arrester dan Transformator Daya

X1 X2

0,5 μs 3,1451 m 27,2648 m

1 μs 3,563 m 30,8879 m

2 μs 4,0365 m 34,9924 m

Dari Tabel 9. Terlihat bahwa semakin besar waktu

muka arus sambaran balik maka jarak maksimum

arrester dengan transformator daya semakin besar

pula.

4.1.2 Pengaruh Variasi Jarak Antara Titik

Sambaran dengan Saluran (R) Terhadap


Transformator Daya



sambaran balik = 650 kA, waktu muka arus

sambaran balik = 1 μs, tinggi saluran (h) = 8,5 m,

konduktivitas tanah (σ)= 0.001 S/m, incidence

angle (α) = 2 radian, kecepatan arus sambaran balik

(v) = 280 m/μs. Selain itu dibutuhkan data

parameter PSO yaitu ukuran swarm = 15,

maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan θmin = 0,4.

1. R=50 m Tabel 10. Nilai fungsi tujuan antar pengujian

Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 3x10-10 5,9343 29,5096

2 15 0,02 0,01 5,4x10-9 2,2866 11,2278

3 15 1 0,5 1 1,0447 9,0566

4 15 1 0,5 1 1,0447 9,0566

5 15 0,5 1 1 1,0447 9,0566

6 15 0,5 1 4x10-6 1,0657 8,2871

7 15 2 2 1 1,0447 9,0566

8 15 2 2 1 1,0447 9,0566







6


Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 5x10-10 9,2947 52,5131

2 15 0,02 0,01 3,9x10-10 11,0787 23,0687

3 15 1 0,5 1 1,9293 16,7254

4 15 1 0,5 3x10-7 1,8885 12,031

5 15 0,5 1 1 1,9293 16,7254

6 15 0,5 1 1 1,9293 16,7254

7 15 2 2 0,8892 1,9294 16,7256

8 15 2 2 1 1,9293 16,7254








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 6x10-8 3,9585 9,73

2 15 0,02 0,01 9x10-9 6,5745 14,2117

3 15 1 0,5 1,3x10-5 3,5639 30,7387

4 15 1 0,5 8,4x10-5 3,5597 32,2839

5 15 0,5 1 1 3,563 30,8879

6 15 0,5 1 9,4x10-4 3,56 31,0577

7 15 2 2 1 3,563 30,8879

8 15 2 2 1 3,563 30,8879







Pengaruh variasi jarak titik sambaran dengan

saluran terhadap jarak maksimum arrester dengan


Tabel 13. Pengaruh variasi jarak titik sambaran dengan


transformator daya pada tegangan 20 kV Jarak Titik

Sambaran

dengan Saluran


X1 X2

50 m 1,0447 m 9,0566 m

100 m 1,9293 m 16,7254 m

200 m 3,563 m 30,8879 m

Dari Tabel 13. Terlihat bahwa semakin besar jarak

titik sambaran dengan saluran maka jarak

maksimum arrester dengan transformator daya

semakin besar pula.

4.2 Tegangan 66 kV




Transformator Daya





saluran (h) = 19 m, konduktivitas tanah (σ)= 0.001


sambaran balik (v) = 280 m/μs. Selain itu

dibutuhkan data parameter PSO yaitu ukuran swarm

= 15, maksimum iterasi = 200, θmax=0,9 dan θmin =

0,4.


Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 1,1x10-9 3,1742 54,6257

2 15 0,02 0,01 4,9x10-6 0,6921 5,2909

3 15 1 0,5 2,3x10-3 0,6615 8,0891

4 15 1 0,5 1 0,6607 8,0143

5 15 0,5 1 0,9979 0,66079 8,0143

6 15 0,5 1 1 0,6607 8,0143

7 15 2 2 1 0,6607 8,0143

8 15 2 2 1,6x10-9 0,7617 16,6183








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 1,1x10-8 2,3425 21,7875

2 15 0,02 0,01 3,2x10-7 0,7192 16,2756

3 15 1 0,5 1,1x10-6 0,7748 12,4256

4 15 1 0,5 1,62x10-8 0,7187 41,801

5 15 0,5 1 0,8547 0,7486 9,0777

6 15 0,5 1 1 0,7486 9,0792

7 15 2 2 1 0,7486 9,0792

8 15 2 2 1 0,7486 9,0792








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 5x10-10 8,8845 31,6088

2 15 0,02 0,01 2,7x10-9 3,7223 38,8478

3 15 1 0,5 1 0,84807 10,2857

4 15 1 0,5 3,8x10-8 0,8321 34,4485

5 15 0,5 1 1 0,84807 10,2857

6 15 0,5 1 2,6x10-8 0,8142 39,4334

7 15 2 2 1 0,84807 10,2857

8 15 2 2 1 0,84807 10,2857







7

Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran


transformator daya dapat dilihat pada Tabel 17. Tabel 17. Pengaruh variasi waktu muka arus sambaran



Sambaran Balik


X1 X2

0,5 μs 0,6607 m 8,0143 m

1μs 0,7486 m 9,0792 m

2 μs 0,84807 m 10,2857 m




pula.




Transformator Daya




sambaran balik = 1 μs, tinggi saluran (h) = 19 m,







Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 1,4x10-8 0,2012 12,7679

2 15 0,02 0,01 9x10-11 5,0438 12,4371

3 15 1 0,5 8,4x10-9 0,1615 15,924

4 15 1 0,5 1 0,2195 2,6621

5 15 0,5 1 1 0,2195 2,6621

6 15 0,5 1 1,4x10-6 0,2187 3,6622

7 15 2 2 3,4x10-8 0,1120 8,6756

8 15 2 2 1 0,2195 2,6621








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 3,5x10-11 16,1089 22,1812

2 15 0,02 0,01 2,4x10-9 2,3376 5,7086

3 15 1 0,5 6,7x10-9 0,42121 36,7927

4 15 1 0,5 8,6x10-8 0,4280 12,5719

5 15 0,5 1 1 0,40536 4,9163

6 15 0,5 1 6,5x10-9 0,4815 32,7746

7 15 2 2 1 0,40536 4,9163

8 15 2 2 1 0,40536 4,9163

Dari Tabel 19. terlihat bahwa belum tentu

didapatkan nilai fungsi tujuan yang sama meskipun

dengan nilai C1 dan C2 yang sama. Hal ini karena

PSO menerapkan sistem random / acak pada tiap

proses penelusurannya. Hasil pengujian yang



Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 2,8x10-8 0,80402 32,8302

2 15 0,02 0,01 1,17x10-9 5,6256 38,013

3 15 1 0,5 2,2x10-7 0,78842 20,6891

4 15 1 0,5 3,6x10-8 0,7952 30,934

5 15 0,5 1 4,3x10-8 0,80782 29,1354

6 15 0,5 1 1,9x10-8 0,67722 38,8957

7 15 2 2 1 0,7486 9,0792

8 15 2 2 1 0,7486 9,0792

Dari Tabel 20. terlihat bahwa dari dua kali

pengujian belum tentu didapatkan nilai fungsi

tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2

yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan sistem

random / acak pada tiap proses penelusurannya.

Hasil pengujian yang menghasilkan nilai fungsi

tujuan tertinggi adalah 1.







Sambaran

dengan Saluran


X1 X2

50 m 0,2195 m 2,6621 m

100 m 0,40536 m 4,9163 m

200 m 0,7486 m 9,0792 m




semakin besar pula.

4.3 Tegangan 150 kV




Transformator Daya










0,4.

8


Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 2,8x10-8 3,8879 47,6463

2 15 0,02 0,01 2,6x10-9 5,8308 20,4356

3 15 1 0,5 1 3,9058 35,85

4 15 1 0,5 1 3,9058 35,85

5 15 0,5 1 1 3,9058 35,85

6 15 0,5 1 5,8x10-9 3,9358 10,0483

7 15 2 2 1 3,9058 35,85

8 15 2 2 1 3,9058 35,85








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 1,8x10-8 5,132 22,5774

2 15 0,02 0,01 2,8x10-8 4,3988 30,5052

3 15 1 0,5 1 4,4248 40,6139

4 15 1 0,5 1 4,4248 40,6139

5 15 0,5 1 1x10-7 4,3941 33,6351

6 15 0,5 1 2,1x10-6 4,429 39,0995

7 15 2 2 0,0569 4,4245 40,6072

8 15 2 2 1 4,4248 40,6139








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 8x10-7 5,0165 43,1879

2 15 0,02 0,01 1,4x10-8 5,2824 25,7036

3 15 1 0,5 1 5,0128 46,0108

4 15 1 0,5 1 5,0128 46,0108

5 15 0,5 1 1 5,0128 46,0108

6 15 0,5 1 1 5,0128 46,0108

7 15 2 2 1 5,0128 46,0108

8 15 2 2 1 5,0128 46,0108







Pengaruh variasi waktu muka arus

sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester

dengan transformator daya dapat dilihat pada Tabel

25.




Sambaran Balik


X1 X2

0,5 μs 3,9058 m 35,85 m

1μs 4,4248 m 40,6139 m

2 μs 5,0128 m 46,0108 m




pula.




Transformator Daya











Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 6,2x10-10 1,2643 38,2076

2 15 0,02 0,01 5,2x10-9 1,4926 20,0604

3 15 1 0,5 1 1,2974 11,9083

4 15 1 0,5 1,2x10-9 1,3043 30,4779

5 15 0,5 1 1,8x10-9 1,3258 26,9679

6 15 0,5 1 1 1,2974 11,9083

7 15 2 2 7,7x10-6 1,2972 12,1442

8 15 2 2 1 1,2974 11,9083








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 6,5x10-8 2,4184 17,2903

2 15 0,02 0,01 3,2x10-9 3,3933 24,1264

3 15 1 0,5 2,8x10-9 2,4419 44,675

4 15 1 0,5 1 2,396 21,9919

5 15 0,5 1 1 2,396 21,9919

6 15 0,5 1 4,7x10-6 2,3963 22,5202

7 15 2 2 1 2,396 21,9919

8 15 2 2 1,7x10-3 2,3958 21,9636





9




Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 2,2x10-8 4,6411 26,0729

2 15 0,02 0,01 3,3x10-9 4,7125 36,7374

3 15 1 0,5 3,9x10-7 4,4121 37,0491

4 15 1 0,5 1 4,4248 40,6139

5 15 0,5 1 1 4,4248 40,6139

6 15 0,5 1 1 4,4248 40,6139

7 15 2 2 1 4,4248 40,6139

8 15 2 2 0,9043 4,4249 40,6143













Sambaran

dengan Saluran


X1 X2

50 m 1,2974 m 11,9083 m

100 m 2,396 m 21,9919 m

200 m 4,4248 m 40,6139 m




semakin besar pula.

4.4 Tegangan 500 kV



Jarak Maksium Arrester dengan

Transformator Daya










0,4.


Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 9,7x10-10 8,5914 31,3149

2 15 0,02 0,01 4,6x10-9 8,2071 44,0612

3 15 1 0,5 3,7x10-5 8,2451 55,2493

4 15 1 0,5 1 8,2396 55,2493

5 15 0,5 1 1 8,2396 55,2493

6 15 0,5 1 1 8,2396 55,2493

7 15 2 2 1 8,2396 55,2493

8 15 2 2 1 8,2396 55,2493








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 4,2x10-9 9,4063 49,0266

2 15 0,02 0,01 6x10-10 8,9922 27,2881

3 15 1 0,5 1 9,3345 62,5911

4 15 1 0,5 1 9,3345 62,5911

5 15 0,5 1 1 9,3345 62,5911

6 15 0,5 1 1 9,3345 62,5911

7 15 2 2 1 9,3345 62,5911

8 15 2 2 1 9,3345 62,5911

Dari Tabel 31. terlihat tentu didapatkan nilai fungsi

tujuan yang sama meskipun dengan nilai C1 dan C2

yang sama. Hal ini karena PSO menerapkan sistem

random / acak pada tiap proses penelusurannya.

Hasil pengujian yang menghasilkan nilai fungsi

tujuan tertinggi adalah 1.


Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 3,6x10-9 10,7956 54,9054

2 15 0,02 0,01 3x10-10 11,3451 18,4556

3 15 1 0,5 1 10,5749 70,9084

4 15 1 0,5 1 10,5749 70,9084

5 15 0,5 1 0,99999 10,5749 70,90821

6 15 0,5 1 1 10,5749 70,9084

7 15 2 2 1 10,5749 70,9084

8 15 2 2 1 10,5749 70,9084







Pengaruh variasi waktu muka arus

sambaran balik terhadap jarak maksimum arrester


33.




Sambaran Balik


X1 X2

0,5 μs 8,2396 m 55,2493 m

1μs 9,3345 m 62,5911 m

2 μs 10,5749 m 70,9084 m



10


pula.




Transformator Daya











Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 1,3x10-9 2,7944 18,8086

2 15 0,02 0,01 1,4x10-9 2,4921 24,1501

3 15 1 0,5 1 2,737 18,3522

4 15 1 0,5 4x10-5 2,7384 18,4146

5 15 0,5 1 1 2,737 18,3522

6 15 0,5 1 3,9x10-5 2,7366 18,3921

7 15 2 2 1 2,737 18,3522

8 15 2 2 1 2,737 18,3522








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 1,2x10-8 4,9354 37,7112

2 15 0,02 0,01 3,09x10-7 4,9952 34,1616

3 15 1 0,5 1 5,0545 33,8923

4 15 1 0,5 2,9x10-7 5,0587 33,0343

5 15 0,5 1 8,2x10-9 5,0648 39,0199

6 15 0,5 1 1 5,0545 33,8923

7 15 2 2 1 5,0545 33,8923

8 15 2 2 1 5,0545 33,8923








Peng-

ujian

Ukuran

Swarm C1 C2

Fungsi


1 15 0,02 0,01 9,3x10-9 9,418 53,744

2 15 0,02 0,01 6x10-10 9,4268 28,5946

3 15 1 0,5 3,2x10-3 9,3355 62,5658

4 15 1 0,5 1 9,3345 62,5911

5 15 0,5 1 6,4x10-10 9,5421 28,6969

6 15 0,5 1 1 9,3345 62,5911

7 15 2 2 1 9,3345 62,5911

8 15 2 2 1 9,3345 62,5911







Pengaruh variasi jarak titik sambaran

dengan saluran terhadap jarak maksimum arrester


37.




Sambaran

dengan Saluran


X1 X2

50 m 2,737 m 18,3522 m

100 m 5,0545 m 33,8923 m

200 m 9,3345 m 62,5911 m




semakin besar pula.

Berikut ini adalah grafik hubungan waktu

muka arus sambaran balik terhadap jarak

maksimum arrester dengan transformator daya pada

konfigurasi saluran kawat-kawat yang ditunjukkan

pada Gambar 7.

Gambar 7. Grafik hubungan waktu muka arus sambaran


transformator daya

Sedangkan grafik hubungan jarak titik

sambaran dengan saluran terhadap jarak maksimum

arrester dengan transformator daya pada konfigurasi

saluran kawat-kawat ditunjukkan pada Gambar 8.

0

2

4

6

8

10

12

0,5 1 2 Jara

k M

ak

sim

um

Arr

este

r d

engan

Tra

nsf

orm

ato

r

Daya (

m)

Waktu Muka Arus Sambaran Balik (μs)

Tegangan 20

kV

Tegangan 66

kV

Tegangan 150

kV

Tegangan 500

kV

11

Gambar 8. Grafik hubungan jarak titik sambaran dengan


transformator daya

V PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan pengujian dan analisis yang

telah dilakukan, maka dapat disimpulkan beberapa

hal sebagai berikut :

1. Dari Tabel 9, Tabel 17, Tabel 25, dan Tabel

33 didapatkan semakin besar waktu muka

arus sambaran balik maka jarak maksimum

arrester dengan transformator daya semakin

besar pula.

2. Dari Tabel 13, Tabel 21, Tabel 29, dan Tabel

37 didapatkan semakin besar jarak titik

sambaran dengan saluran maka jarak

maksimum arrester dengan transformator

daya semakin besar pula.

3. Dari Tabel 1 – Tabel 37 didapatkan

konfigurasi saluran kawat-kabel memiliki

jarak maksimum arrester dengan

transformator daya yang lebih besar

dibandingkan konfigurasi saluran kawat-

kawat.

4. Hasil pengujian optimasi penempatan arrester

menggunakan metode PSO menunjukkan

hasil :

a. Untuk beberapa kali pengujian, nilai

fungsi tujuan belum tentu sama meskipun

dengan nilai C1 dan C2 yang sama.

b. Nilai C1 dan C2 yang terlalu kecil sangat

sulit untuk mencapai titik optimal.

5.2 SARAN

1. Dapat dikembangkan untuk kawat jenis

konduktor berkas (bundled conductor) dan

kabel berinti banyak (multiple core cable).

2. Penentuan penempatan arrester yang optimal

dapat dikembangkan dengan menggunakan

metode Algoritma Genetika, Fuzzy, atau

metode optimasi lainnya.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Abdia, Gunaidi, The Shortcut of Matlab

Programming, Informatika Bandung, 2006.

[2] Affandi, M.Yusron, Studi Pengaruh Tegangan

Lebih Akibat Induksi Petir Pada Saluran

Transmisi Tegangan Tinggi Menggunakan

Coupling Model, Jurusan Teknik Elektro-FTI

ITS, 2011.

[3] Pratomo, Fariz Dwi, Studi Tegangan Lebih

Impuls Akibat Penggunaan Konfigurasi Mixed

Lines (High Voltage Overhead-Cable Lines)

150 kV, Jurusan Teknik Elektro-FTI ITS, 2011.

[4] Santoso, Budi, Tutorial Particle Swarm

Optimization, Teknik Industri ITS, Surabaya,

2010.

[5] Maickel Tuegeh, Soeprijanto, Mauridhi

Purnomo, Modified Improved Particle Swarm

Optimization for Optimal Generator

Scheduling, Seminar Nasional Aplikasi

Teknologi Informasi, 2009.

[6] Hutahuruk, TS, Gelombang Berjalan dan

Proteksi Surja, Penerbit Erlangga, Jakarta,

1989.

[7] Tobing, Bonggas L, Peralatan Tegangan

Tinggi, Penerbit PT Gramedia Pustaka Utama,

Jakarta, 2003.

[8] Ernesto Perez, Javier Herrera, and Horacio

Torres, Sensitivity Analysis of Induced Voltages

on Distribution Lines, paper IEEE Bologna

Power Tech Conference, Italy, 2003.

[9] SPLN 7-1978, Pedoman Pemilihan Tingkat

Isolasi Transformator dan Penangkap Petir,

Jakarta, 1978.

[10] SPLN 121-1996, Konstruksi Saluran Udara

Tegangan Tinggi 70 kV dan 150 kV Dengan

Tiang Beton/Baja, Jakarta, 1996.

[11] SPLN 15-1978, Pedoman Pemilihan Jenis Dan

Ukuran Penghantar Alumunium Bagi Saluran

Udara 20 kV, 66 kV, dan 150 kV, Jakarta, 1978.

[12] C.A Christodoulou, V.Vita, A.Mitropoulou,

D.S.Oikonomou, L.Ekonomou, Interface

Construction for The Computation of The

Optimum Installation Position of Metal Oxide

Surge Arrester in Medium Voltage Subtations,

ISBN: 978-960-474-159-5, 2011.

[13] Soibelzon, Hector Leopoldo, Lightning

Arresters for Protection of Distribution

Transformer in City Bell, X International

Symposium on Lightning Protection, Brazil,

2009.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

50 100 200

Jara

k M

ak

sim

um

Arr

este

r d

engan

Tra

nsf

orm

ato

r

Daya (

m)

Jarak Titik Sambaran dengan Saluran (m)

Tegangan 20

kV

Tegangan 66

kV

Tegangan 150

kV

Tegangan 500

kV

12

[14] Mohd Z.A.Ab Kadir, Zawati Mohd Nawi and

Junainah Sardi, Numerical Modelling and

Simulation in Electromagnetic Transient

Program for Estimating Line Backflashover

Performance, Engineering Letters, 2010.

[15] Abdu, Syamsir dan Angga Septian, Analisis

Gangguan Petir Akibat Sambaran Langsung

Pada Saluran Transmisi Tegangan Ekstra

Tinggi 500 kV, JETri, Volume 8 Nomor 2, 2009.

[16] -----------, Tabel Medium Voltage XLPE

Insulated Cable, PT Kabelindo Murni Tbk.

[17] Prasetyono, Suprihadi, Kajian Mekanis

Penggunaan Penghantar Termal ACCR pada

SUTET 500 kV, MAKARA TEKNOLOGI, Vol

11 No 1 April, 2007.

[18] -----------, XLPE Land Cable Systems, ABB.

[19] U.S.Inan and N.G. Production of Terrestrial

Gamma-Ray Flashes By an Electromagnetic

Pulse From a Lightning Return Stroke,

Geophysical Research Letters, Vol 32

November, 2005.

[20] Mladen Zec and Mico Gacanovic, Overvoltages

Caused By Indirect Lightning Strokes, 4th

International PhD Seminar on Computational

Electromagnetics and Bioeffects of

Electromagnetics Fields, Serbia, 2009.

[21] ----------, Review of Traveling Waves, Taylor

and Francis Group, LCC, 1999.

BIOGRAFI PENULIS

Dwi Harjanto, lahir di

Semarang, 7 November

1988. Menempuh

pendidikan di SDN

Kalicari 04 Semarang,

SMPN 15 Semarang,

SMAN 11 Semarang dan

saat ini sedang

menyelesaikan studi

Strata-1 di Jurusan

Teknik Elektro Fakultas

Teknik Universitas Diponegoro Semarang dengan

mengambil konsentrasi Power / Ketenagaan.

Menyetujui / Mengesahkan :

Dosen Pembimbing I, Dosen Pembimbing II,

Ir. Yuningtyastuti, M.T. Susatyo Handoko,S.T., M.T.

NIP. 195209261983032001 NIP. 197305262000121001

OPTIMASI PENEMPATAN ARRESTER TERHADAP …elektro.undip.ac.id/el_kpta/wp-content/uploads/2012/05/L2F007027... · optimasi penempatan arrester terhadap tegangan lebih transien pada

Documents