Efektivitas Installasi TLA pada Jaringan Transmisi

Pada beberapa postingan sebelumnya kita sudah membahas mengenai pengenalan dan penentuan titik pemasangan TLA lalu kita juga sudah membahas mengenai perhitungan teknis untuk menentukan spesifikasi minimum TLA yang dibutuhkan dan di postingan kali ini kita akan melanjutkan pembahasan tentang TLA yaitu mengetahui seberapa efektifkah TLA dalam melindungi jaringan tramsmisi tegangan tinggi terhadap dampak sambaran petir.

Kondisi gangguan akibat petir pada transmisi

Pertama-tama kita review lagi tentang dua kondisi gangguan yang disebabkan oleh sambaran petir, yaitu successful shielding dan shielding failure.

Successful shielding

Gangguan pada kondisi successful shielding berarti arus petir merambat melalui tower ke ground dibarengi dengan peningkatan tegangan potensial pada body tower. Jika beda potensial antara bodi tower dengan tegangan konduktor melebihi CFO insulator maka back flash over akan terjadi. Besar kecilnya beda potensial pada tower dipengaruhi oleh impedansi surja tower dan impedansi surja grounding.

Shielding failure

Ketika terjadi shielding failure, petir langsung menyambar konduktor fasa, arus transient nya akan merambat ke dua arah disepanjang konduktor. Jika tegangan surjanya melebihi BIL insulator, maka akan terjadi flashover.

Handling energy capability

TLA tidak hanya berfungsi menyalurkan arus transient dari potensial tinggi ke potensial yang lebih rendah. TLA melalui elemen MOV nya juga memiliki fungsi melepas energi baik saat tegangan nominal maupun saat kondisi gangguan. Energi handling ini yang menentukan kemampuan dan daya tahan TLA saat proses discharging arus transient. Terdapat dua macam energi yang dapat dikendalikan oleh TLA, yaitu thermal energy dan impulse energy.

Thermal energy handling capability yaitu energi yang diperbolehkan terdisipasi pada saat TLA terhubung dengan tegangan nominal operasi penghantar. Apabila temperatur akibat arus bocor pada TLA tidak terdisipasi dengan baik, maka suhu elemen MOV meningkat. Apabila peningkatan suhu berlangsung lama dan grafik peningkatannya terus terjadi maka dapat mengakibatkan TLA mengalami puncture sehingga fail.

Kemampuan penanganan energi tersebut dinotasikan dalam satuan kJ/kV dari tegangan nominal.

Impulse energy handling capability merupakan energi maksimum yang dapat diterima MOV tanpa menyebabkan failure seperti puncture, cracking, flashover atau degradasi elektrik lainnya seperti peningkatan arus bocor.

Parameter performa proteksi petir pada jaringan transmisi

Fungsi utama TLA adalah untuk melindungi insulator yang terhubung secara parallel. Bagian utama dari level proteksi TLA ditentukan oleh tegangan residual elemen MOV saat kondisi arus puncak petir maksimum. Tegangan induktif disepanjang konduktor ground dan konduktor disisi bertegangan juga harus diperhatikan karena dapat mempengaruhi bersaran tegangan residu. Oleh karena itu harus diperhatikan panjang konduktor jumper (lead wire) dan grounding TLA. Untuk koordinasi proteksi antara TLA dengan insulator ditunjukan pada grafik berikut.

Menentukan lokasi pemasangan TLA

Dari aspek ekonomis, penempatan TLA merupakan hal yang krusial. Menurut publikasi Cigre, ada tiga kondisi yang harus diprioritaskan untuk pemasangan TLA, yaitu

Tower dengan resistansi pentanahan kaki tower yang tinggi
Sudut perlindungan GSW yang kurang memadai
Sering terjadi gangguan akibat sambaran petir

Yang harus diperhatikan adalah bahwa TLA kurang mampu melindungi insulator pada tower di sebelah tower yang terpasang TLA karena durasi waktu surja dan proses traveling wave yang bergantung pada impedansi surja konduktor dan impedansi pentanahan tower.

Failure mode pada TLA

Failure mode TLA didefinisikan sebagai pemburukan performa proteksi baik secara elektrikal ataupun mekanikal. Dari segi elektrikal, kegagalan TLA meliputi overload pada MOV, flashover pada housing serta flashover pada insulator yang harusnya dilindungi. Sementara secara mekanikal, kegagalan TLA meliputi housing yang hancur, mouncing TLA yang loose serta diskonektor lead yang putus akibat overload.

Ada beberapa metode untuk memitigasi kegagalan TLA. Pertama adalah dengan memperhatikan kondisi diskonektor pada jumper. Apabila diskonektor putus maka bisa dipastikan kalau TLA telah mengalami overload. TLA yang fail juga dapat diidentifikasi apabila terjadi reclose dan LDS (Lightning Detection System) mendeteksi adanya sambaran di tower yang terpasang TLA. Hal tersebut dapat disimpulkan kalau TLA telah fail.

Metode lainnya adalah dengan mengamati counter. Apabila counter menungjukan angka

Tingkat efektivitas TLA

Seekarang kita masuk kepembahasan utama. Jadi dalam technical brochure-nya, Cigre merangkum sebuah penelitian yang melibatkan beberapa negara yang telah menerpakpan teknologi TLA sebagai proteksi petir. Salah satunya adalah Brasil yang menerapkan TLA dengan metode NGLA, kurang lebih sama dengan yang sudah diterapkan di Indonesia untuk transmisi tegangan tinggi/ekstra tinggi ditambah iklim Brasil yang tropis menyerupai iklim Indonesia.

Hasilnya menunjukan penurunan yang signifikan terhadap jumlah gangguan akibat petir.

Hasil lengkap dari performa TLA dengan tipe NGLA ditampilkan pada tabel di bawah ini.

Di fasa manakah sebaiknya TLA dipasang?

Jika kita ingin memasang TLA pada suatu tower dan jatah TLA yang dapat dipasang hanya dua unit per-tower, di fasa manakah pemasangan TLA yang menghasilkan kinerja yang optimal?

Masih menurut hasil penelitian Cigre menggunakan metode anasilis numerik didapat hasil sebagai berikut.

Critical lightning current (kA) menunjukan seberapa besar arus petir maksimum sebelum dapat menyebabkan flashover pada insulator. Hasilnya adalah, tingkat efektivitas pemasangan TLA lebih optimum bisa dipasang di kedua fasa R. Sementaha, hasil yang lebih seimbang didapat dengan memasang TLA pada Fasa R dan T di satu line serta dipasang pada fasa R di line 1 dan 2.

Sekian pembahasan mengenai tingkat efektivitas TLA.

Semoga bermanfaat

Referensi

Effectiveness of line surge arresters for lightning protection of overhead transmission lines. Cigre. Tecnhnical Brochure. 2021
Metal Oxide Surge Arrester in High Voltage System Fundamentals. Siemens. 2011