Arrester

 Pada umumnya pusat pembangkit tenaga listrik menyalurkan energinya melalui saluran transmisi udara dimana saluran transmisi tenaga listrik yang terpasang di udara ini sangatlah rentanterhadap gangguan yang disebabkan oleh sambaran petir. Sambaran petir ini akan menghasilkangelombang berjalan (Surja Tegangan) pada saluran transmisi dan pada akhirnya dapat masuk kepusat pembangkit tenaga listrik. Oleh alasan ini, dalam pusat pembangkit tenaga listrik harusdilengkapi dengan lightening arrester (penangkal petir).

Gelombang berjalan (surja tegangan) selain dihasilkan oleh gangguan petir, juga dapatterjadi karena adanya pembukaan dan penutupan pemutus tenaga listrik (Open Closing Circuit Breaker) atau adanya switching pada jaringan tenaga listrik. Pada sistem Tegangan Ekstra Tinggi (TET) yang besarnya di atas 350 kV (500 kV untuk standar tranmisi udara tegangan ekstra tinggi/SUTET di Indonesia), surja tegangan ini lebih banyak disebabkan oleh switching tenaga listrik padajaringan dibandingkan yang disebabkan oleh gangguan petir.

Saluran udara yang keluar dari pusat pembangkit listrik merupakan bagian instalasi pusat pembangkit listrik yang paling rawan sambaran petir dan karenanya harus diberi lightning arrester. Selain itu, lightning arrester harus berada di depan setiap transformator dan harus terletak sedekat mungkin dengan transformator. Hal ini perlu karena pada petir yang merupakan gelombang berjalanmenuju ke transformator
akan melihat transformator sebagai suatu ujung terbuka (karenatransformator mempunyai isolasi terhadap bumi/tanah) sehingga gelombang pantulannya akan saling memperkuat dengan gelombang yang datang. Berarti transformator dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surja yang datang. Untuk mencegah terjadinya hal ini, lightning arrester harus dipasang sedekat mungkin dengan transformator.

Lightening arrester ini akan bekerja pada tegangan tertentu di atas dari tegangan operasi yang berfungsi untuk membuang muatan listrik dari surja petir dan berhenti beroperasi pada tegangan tertentu di atas tegangan operasi agar tidak terjadi arus pada tegangan operasi. Perbandingan dua tegangan ini disebut juga rasio proteksi arrester. Tingkat isolasi bahan arrester harus berada di bawah tingkat isolasi bahan transformator agar apabila sampai terjadi flashover, maka flashover diharapkan terjadi pada arrester dan tidak pada transformator.

Rating arus arrester ditentukan dengan mempelajari statistik petir setempat. Misalnya di suatu tempat mempunyai data statistik yang menyatakan probabilitas petir yang terbesar adalah 15 killo ampere (kA), maka rating arrester yang dipilih adalah 15 kA. 

 PRINSIP KERJA ARRESTER

 Pada prinsipnya arrester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Pada kondisi normal arrester berlaku sebagai isolasi tetapi bila timbul surja, arrester berlaku sebagai konduktor yang berfungsi melewatikan aliran arus yang tinggi ke tanah. Setelah itu hilang arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator.

Pada pokoknya arrester ini terdiri dari dua unsure yaitu : 1. Sela api (spark gap); 2. Tahanan kran (valve resistor). Keduanya dihubungkan secara seri. Batas atas dan bawah dari tegangan percikan ditentukan oleh tegangan sistem maksimum dan oleh tingkat isolasi peralatan yang dilindungi. Sering kali masalah ini dapat dipecahkan hanya dengan mengeterapkan cara – cara khusus pengaturan tegangan (voltage control) oleh karena itu sebenarnya arrester terdiri dari tiga unsure diantaranya yaitu :

1. Sela api (spark gap)

2. Tahanan kran (valve resistor)

3. Tahanan katup dan system pengaturan atau pembagian tegangan (grading system)

Jika hanya melindungi isolasi terhadap bahaya kerusakan karena gangguan dengan tidak memperdulikan akibatnya terhadap pelayanan, maka cukup dipakai sela batang yang memungkinkan terjadinya percikkan pada waktu tegangannya mencapai keadaan bahaya.

Dalam hal ini, tegangan system bolak – balik akan tetap mempertahankan busur api sampai pemutus bebannya dibuka. Dengan menyambung sela api ini dengan sebuah tahanan, maka mungkin apinya dapat dipadamkan. Tetapi bila tahanannya mempunyai harga tetap, maka jatuh tegangannya menjadi besar sekali sehingga maksud untuk meniadakan tegangan lebih tidak terlaksana, dengan akibat bahwa maksud melindungi isolasi pun gagal.

Oleh sebab itu dipakailah tahanan kran (valve resistor), yang amempunyai sifat khusus bahwa tahanannya kecil sekali bila tegangannya dan arusnya besar. Proses pengecilan tahanan berlangsung cepat sekali yaitu selama teganngan lebih mencapai harga puncaknya. Tegangan lebih dalam hal ini mengakibatkan penurunan drastic dari pada tahanan sehingga jatuh tegangannya dibatasi meskipun arusnya besar.

Bila tegangan lebih habis dan tinggal tegangan normal, tahanannya naik lagi sehingga arus susulannya dibatasi kira – kira 50 ampere. Arus susulan ini akhirnya dimatikan oleh sela api pada waktu tegangan sistemnya mencapai titik nol yang pertama sehingga alat ini bertindak sebagai sebuah kran yang menutup arus, dari sini didapatkan nama tahanan kran.

Pada arrester modern pemandangan arus susulan yang cukup besar (200 – 300 A) dilakukan dengan bantuan medan magnet. Dalam hal ini, maka baik amplitude maupun lamanya arus susulan dapat dikurangi dan pemadamannya dapat dilakukan sebelum tegangan system mencapai harga nol.

Dapat ditambahkan bahwa arus susulan tidak selalu terjadi tiap kali arrester bekerja, ada tidaknya tergantung dari saat terjadinya tegangan lebih. Hal ini dapat dimengerti karena arus susulan itu justru dipadamkan pada arus nol yang pertama atau sebelumnya.

 SYARAT PEMASANGAN LIGHTENING ARRESTER

 Sebelum melakukan instalasi lightening arrester, ada beberapa persyaratan yang harus dipenuhi, diantaranya adalah:

a. Tegangan percikan (sparkover voltage) dan tegangan pelepasannya (discharge voltage), yaitu tegangan pada terminalnya pada waktu pelepasan, harus cukup rendah, sehingga dapat mengamankan isolasi peralatan. Tegangan percikan disebut juga tegangan gagal sela (gap breakdown voltage) sedangkan tegangan pelepasan disebut juga tegangan sisa (residual voltage) atau jatuh tegangan (voltage drop) Jatuh tegangan pada arrester = I x R Dimana

I = arus arrester maksimum (A)

R = tahanan arrester (Ohm)

b. Arrester harus mampu memutuskan arus dinamik dan dapat bekerja terus seperti semula. Batas dari tegangan system dimana arus susulan ini masih mungkin, disebut tegangan dasar (rated voltage) dari arrester.

 JENIS-JENIS ARRESTER

 Adapun jenis-jenis arrester di kelompokan menjadi dua yaitu sebabagai berikut:

a. Arrester jenis ekspulsi (expulsion type) atau tabung pelindung (protector tube)

b. Arrester katup (valve type)

Untuk jenis arrester sendiri terdiri dari beberapa jenis seperti di bawah ini:

1.  Arrester jenis ekspulsi atau tabung pelindung.

Pada prinsipnya terdiri dari sela percik yang berada dalam tabung serat dan sela percik yang berada diluar diudara atau disebut juga sela seri lihat pada gambar. Bila ada tegangan surja yang tinggi sampai pada jepitan arrester kedua sela percik, yang diluar dan yang berada didalam tabung serat, tembus seketika dan membentuk jalan penghantar dalam bentuk busur api. Jadi arrester menjadi konduktor dengan impedansi rendah dan melalukan surja arus dan arus daya system bersama – sama. Panas yang timbul karena mengalirnya arus petir menguapkan sedikit bahan tabung serat, sehingga gas yang ditimbulkannya menyembur pada api dan mematikannya pada waktu arus susulan melewati titik nolnya.

Arus susulan dalam arrester jenis ini dapat mencapai harga yang tinggi sekali tetapi lamanya tidak lebih dari 1 (satu) atau 2 (dua) gelombang, dan biasannya kurang dari setengah gelombang. Jadi tidak menimbulkan gangguan. Arrester jenis ekspulasi ini mempunyai karakteristik volt – waktu yang lebih baik dari sela batang dan dapat memutuskan arus susulan. Tetapi tegangan percik impulsnya lebih tinggi dari arrester jenis katup. Tambahan lagi kemampuan untuk memutuskan arus susulan tergantung dari tingkat arus hubung singkat dari system pada titik dimana arrester itu dipasang. Dengan demikian perlindungan dengan arrester jenis ini dipandang tidak memadai untuk perlindungan transformator daya, kecuali untuk system distribusi. Arrester jenis ini banyak juga digunakan pada saluran transmisi untuk membatasi besar surja yang memasuki gardu induk. Dalam penggunaan yang terakhir ini arrester jenis ini sering disebut sebagai tabung pelindung.

          2. Arrester jenis katup

Arrester jenis katup ini terdiri dari sela pecik terbagi atau sela seri yang terhubung dengan elemen tahanan yang menpunyai karakteristik tidak linier.Tegangan frekwensi dasar tidak dapat menimbulkan tembus pada sela seri. Apabila sela seri tembus pada saat tibanya suatu surja yang cukup tinggi, alat tersebut menjadi pengahantar. Sela seri itu tidak bias memutuskan arus susulan. Dalam hal ini dibantu oleh tak linier yang mempunyai karakteristik tahanan kecil untuk arus besar dan tahanan besar untuk arus susulan dari frekwensi dasar terlihat pada karakteristik volt ampere.

Arrester jenis katup ini dibagi dalam tiga jenis yaitu :

• • Arrester katup jenis gardu (station)
• • Arrester katup jenis saluran (intermediate)
• • Arrester katup jenis distribusi untuk mesin – mesin (distribution)

 Arrester katup jenis gardu

Arrester katup jenis gardu ini adalah jenis yang paling effisien dan juga paling mahal. Perkataan “ gardu “ disini berhubungan dengan pemakaiannya secara umum pada gardu induk besar. Umumnya dipakai untuk melindungi alat – alat yang mahal pada rangkaian – rangkaian mulai dari 2400 volt sampai 287 kV dan tinggi.

 Arrester katup jenis saluran

Arrester jenis saluran ini lebih murah dari arrester jenis gardu . kata “saluran” disini bukanlah berarti untuk saluran transmisi. Seperti arrester jenis gardu, arrester jenis saluran ini dipakai untuk melindungi transformator dan pemutus daya serta dipakai pada system tegangan 15 kV sampai 69 kV.

 Arrester katup jenis gardu untuk mesin – mesin

Arrester jenis gardu ini khusus untuk melindungi mesin – mesin berputar. Pemakaiannya untuk tegangan 2,4 kV sampai 15 kV.

 Arrester katup jenis distribusi untuk mesin – mesin

Arrester jenis distribusi ini khusus melindungi mesin – mesin berputar seperti diatas dan juga melindungi transformator dengan pendingin udara tanpa minyak. Arrester jenis ini dipakai pada peralatan dengan tegangan 120 volt sampai 750 volt.
Gambar 1 akan menunjukkan konstruksi sebuah lightning arrester buatan Westinghouse yang menggunakan celah udara (air gap) di bagian atas.


Gambar 1. Konstruksi sebuah lightning arrester buatan Westinghouse yang menggunakan celah udara (air gap) di bagian atas

Arrester ini bisa dipasang pada bangunan gedung atau di dekat alat yang perlu dilindungi misalnya pada komputer. Alat yang dilindungi perlu tidak saja dilindungi terhadap sambaran petir secara langsung, tetapi juga terhadap sambaran tidak langsung yang menimbulkan induksi.


Gambar 2. Lightning Arrester Tegangan Rendah Untuk Dipasang di Luar Gedung


Gambar 3. Lightning Arrester Tegangan Rendah Untuk Dipasang didalam Gedung