Pengaruh perubahan beban terhadap kinerja Arester ZnO dalam perlindungan tegangan-lebih

RIDWAN, B. Agung, Ir. T. Haryono, M.Sc.,C.Eng.,MIEE

2005 | Tesis | S2 Teknik Elektro

Arester ZnO adalah alat pelindung peralatan daya terhadap gangguan surja petir. Arester mengurangi magnitude tegangan-lebih transien yang timbul pada saluran daya akibat sambaran petir sehingga tidak merusak peralatan. Untuk mendapatkan kinerja arester ZnO pada berbagai kondisi beban penyulang yang beragam dilakukan pemodelan dan simulasi menggunakan perangkat lunak ATP-EMTP. Pada kondisi beban yang sama, tegangan-puncak residu arester 18 kV paling tinggi terjadi ketika tegangan sesaat saluran distribusi berada pada nilai minimum. Sebagai contoh pada waktu tegangan sesaat saluran +17,23 kV dan arus surja 30 kA 4/40 μs dihasilkan tegangan-puncak residu 68,3907 kV, pada waktu tegangan sesaat –17,23 kV tegangan-puncak residu 68,4043 kV. Pada faktor daya yang sama, apabila kVA beban bertambah besar atau apabila impedans beban semakin kecil, tegangan-lebih transien yang terjadi semakin rendah sehingga tegangan-puncak residu juga semakin rendah. Perubahan relatif kecil karena arus surja petir sangat besar jika dibandingkan arus penyulang. Dalam keadaan beban 548 kVA faktor daya 0,8 dan impuls 30 kA 4/40 μs dihasilkan tegangan-puncak residu 68,4043 kV, untuk beban 3984 kVA faktor daya 0,8 puncak residu 68,4023 kV. Pada arus penyulang 155 A sampai dengan 345 A dan kVA beban yang sama, apabila faktor daya bertambah besar atau apabila induktans beban semakin kecil maka semakin rendah tegangan-puncak residu, karena puncak tegangan-lebih transien yang terjadi semakin rendah apabila induktans beban semakin kecil. Untuk beban 3984 kVA faktor daya 0,95 dan impuls 30 kA 4/40 μs dihasilkan tegangan-puncak residu 68,4005 kV. Terdapat tegangan-balik residu yang diakibatkan oleh induktansi beban. Magnitude tegangan-balik lebih kecil daripada tegangan-puncak residu. Pada faktor daya yang sama, semakin besar kVA beban semakin besar magnitude tegangan-balik residu. Dalam keadaan beban 548 kVA faktor daya 0,8 impuls 30 kA 4/40 μs dihasilkan tegangan-balik -36,7700 kV, untuk beban 3984 kVA faktor daya 0,8 tegangan-balik -41,1775 kV. Pada kVA beban yang sama, magnitude tegangan-balik untuk faktor daya 0,95 lebih besar daripada magnitude tegangan-balik untuk faktor daya 0,9 , 0,85 , dan 0,8 , pada kondisi beban 3984 kVA faktor daya 0,95 tegangan-balik -42,1950 kV.

ZnO arrester is a protection device for power apparatus against lightning surge disturbances. Arrester reduces transient lightning overvoltages on the overhead line to the lower value so it doesn’t damage the electrical insulations and nearby equipments. The simulation of ZnO arrester performances at various loads feeder was done using ATP-EMTP software. For the same load conditions, the maximum residual peak-voltage of 18 kV arrester occurred if the instantaneous voltage of phase conductor distribution line reached its minimum value. For example, if the instantaneous voltage of phase conductor is +17.23 kV and 30 kA 4/40 μs lightning surge, the residual peak-voltage is 68.3907 kV, when the instantaneous voltage of phase conductor is –17.23 kV the residual peak-voltage will be 68.4043 kV. An increase on the feeder loads or a decrease on the load impedance at a constant power factor makes the residual voltage decrease because the peak of transient lightning overvoltage occurring at a lower value. The change of voltage is relatively small due to the lightning surge current being much larger than the line current. For a lightning surge of 30 kA 4/40 μs, 548 kVA load, and 0.8 power factor, the residual peak-voltage is 68.4043 kV, when the load is 3984 kVA the residual peak-voltage becomes 68.4023 kV. For the same kVA loads and the line current is between 155 A and 345 A, an increase on power factor or a decrease on load inductance makes the residual peak-voltage decrease because the smaller load inductance resulting in the lower peak of transient lightning overvoltage. For 3984 kVA load 0.95 power factor and 30 kA 4/40 μs lightning surge, the residual peak-voltage is 68.4005 kV. The residual reverse-voltage occured because of load inductances. Magnitude of the residual reverse-voltage is smaller than the residual peak-voltage. An increase on kVA loads at a constant power factor resulting in the higher magnitude of residual reverse-voltage. For 548 kVA load 0.8 power factor and 30 kA 4/40 μs lightning surge, the reverse-voltage is –36.7700 kV, when the load is 3984 kVA 0.8 power factor the reverse-voltage becomes –41.1775 kV. For the same kVA loads, magnitude of the residual reverse-voltage at 0.95 power factor is higher than magnitude of the residual reverse-voltage at 0.9, 0.85, and 0.8 load power factor, when the load feeder is 3984 kVA 0.95 power factor, the reverse-voltage becomes -42.1950 kV.

Kata Kunci : Tegangan Lebih,Arester ZnO, ZnO arrester, lightning surge, residual peak-voltage, load impedance, residual reverse-voltage