Faktor Yang Mempengaruhi Performa Saluran Transmisi Terhadap Dampak Sambaran Petir

Meskipun kebanyakan SUTT/SUTET telah dilengkapi dengan sistem perlindungan dari sambaran petir, tetapi untuk beberapa kasus hal tersebut masih kurang dalam mencegah terjadinya gangguan akibat sambaran petir. Hal lainnya adalah metode untuk memastikan performa saluran transmisi yang tidak mudah karena jelas aja, petir sangat sulit untuk dirubah kedalam model yang akurat dan cendrung sangat tidak pasti dari segi variabel yang ada.

Ada beberapa faktor yang mempengaruhi seberapa baik performa dari suatu saluran transmisi dalam menghadapi sambaran petir. Berikut ini saya coba menjabarkan faktor-faktor apa aja yang sangat berpengaruh yang dikutip dari  standard IEEE Std 1243-1997: IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines.

Oke langsung aja.

Pemilihan Jalur Transmisi

Banyak faktor yang dipertimbangkan dalam menentukan rute saluran transmisi. Faktor utama pemilihan rute untuk saluran transmisi adalah faktor ekonomi. Artinya sebisa mungkin jalur transmisi tidak melalui kawasan pemukiman penduduk. Pertama karena harga lahan di kawasan pemukiman cendrung lebih tinggi dibanding daerah pelosok, selain itu juga minim potensi yang dapat menyebabkan gangguan yang diakibatkan oleh aktifitas penduduk seperti pemain layangan misalnya atau pembangunan struktur yang membahayakan jaringan.

Nah, apa hubungannya sama perlindungan dari sambaran petir?

Well, bisa dibilang metode perlingungan sambaran petir bisa dimulai dari desain awal. Artinya desainer sistem dapat mempertimbangkan pemilihan jalur saluran tramsisi untuk menghindari daerah yang rawan sambaran petir.

Indonesia yang berada di daerah khatulistiwa yang beriklim panas dan lembab cendrung memiliki intensitas sambaran petir yang tinggi. Meskipun begitu, secara lokal besarnya intensitas sambaran petir bisa bervariasi. Ada wilayah yang tinggi sambaran petir dan ada juga wilayah yang jarang disambaran petir.

Selain memilih area yang minim resiko sambaran petir. Jalur transmisi juga harus mempertimbangkan rute antara yang melalui lembah , melalui sisi pegunungan atau melalui puncak gunung. Apa pengaruhnya sama performa sistem transmisi?

Ada dua poin penting, pertama pemilihan jalur itu mempengaruhi seberapa tereksposnya jaringan terhadap sambaran petir karena semakin terekspos semisal berada di dataran tinggi akan meningkatkan resiko tersambar petir dan kedua resistansi tanah untuk setiap medan akan sangat berbeda, contoh, resistansi tanah pada daerah gunung akan lebih tinggi dibanding pada daerah lereng gunung.

Ketinggian struktur tower juga berpengaruh pada performa perlindungan, terutama apabila struktur tower lebih tinggi dari landscape sekitar, ini cendrung hampir pasti sih. Tingginya struktur memiliki efek yaitu semakin tinggi struktur maka petir akan semakin mudah menyambar dan kemampuan dari shielding akan menurun yang akan dijelaskan di segment selanjutnya.

Shielding

Ground Steel Wire (GSW) berperan menghalau petir untuk menjangkau konduktor secara langsung sehingga arus petir dapat langsung disalurkan ke sistem pembumian tower tanpa menyebabkan gangguan. Kalau pentanahan tower bekerja dengan baik sehignga tegangan pada body tower tidak melebihi BIL isolator yang berujung pada flashover.

Pertanyaannya, bagaimana pastinya menentukan posisi GSW sehingga memberikan shielding yang baik pada konduktor di bawahnya. Penempatan GSW di sekitar konduktor disebut shielding angle atau sudut perlindungan.

Penentuan besarnya sudut perlindungan GSW secara umum sebesar 30 derajat. Tetapi semakin tinggi tower transmisi menyebabkan performa dari shielding yang buruk sehingga sudut dari perlindungan GSW harus diperkecil.

Apabila GSW gagal memberikan perlindungan maka petir akan cendrung menyambar konduktor dengan mudah dan hal ini disebut shielding failure.

Isolasi

Ada dua kondisi yang dapat menyebabkan terjadinya flashover pada isolator:

• Sambaran petir yang dihalau oleh GSW namun karena pentanahan yang buruk maka terjadi backflash
• Sambaran petir yang langsung mengarah ke konduktor (shielding failure)

Kemampuan dielektrik dari isolator saat kondisi tersambar petir ditentukan oleh bentuk gelombang impuls arus petir, magnitude arus dan polaritas. Tegangan dari impuls petir dengan magnitude yang melebihi nilai Critical Flashover (CFO) tidak dapat bertahan cukup lama untuk menahan tegangan sehingga menyebabkan isolator breakdown.

Terlepas dari jenis material isolator, karakteristik kemampuan isolator dipengaruhi oleh kondisi meteorologis seperti kepadatan udara dan kelembaban udara. Pada daerah dengan elevasi yang tinggi, kepadatan udara lebih rendah dibanding daerah yang sejajar dengan permukaan laut, hal ini menyebabkan kemampuan udara untuk menghantarkan busur api petir semakin rendah.

Kemampuan isolasi dari suatu isolator juga dipenaruhi oleh banyaknya polutan atau kotoran yang menempel pada permukaan isolator. Tinggi rendahnya polutan yang menempel bergantung oleh kondisi lingkungan sekitar. Misal tower yang berada di tepi laut cendrung terjadi penggaraman pada isolator, untuk tower yang berada di kawasan industri cendrung terkena polutan dari asap pabrik dan seterusnya.

Isolator yang baik akan bersifat kapasitif. Artinya arus akan lagging 90 derajat dari tegangan sehingga tidak ada arus yang mengalir menembus isolasi. Tetapi apabila permukaan isoaltor kotor maka model kapasitansi tersebut akan terparallel oleh kotoran yang dimodelkan dengan resistansi sehingga menurun kemampuan isoalsinya. Hal tersebut membuat isolator rentan terjadi flashover.

Impedansi Kaki Tower

Ketika sambaran mengenai tower, sebagian arus petir mengalir melalui bodi tower ke pembumian. Sisanya mengalir disepanjang kawat GSW. Besarnya nilai arus yang terbagi antara arus yang mengalir di body tower dan yang mengalir di GSW ditentukan dari impedansi surja (surge impedance). Arus yag mengalir ke tanah pada impedansi kaki tower. Besarnya tegangan yang dibangkitkan dan besarnya gelombang tegangan yang dipantulkan dari kaki tower ke atas bergantung pada besarnya nilai impedansi kaki tower yang lalui arus petir.

Nilai dari impedansi kaki tower bergantung dari luas penampang pada kaki tower atau elektroda grounding yang kontak langsung dengan bumi yang memiliki nilai resistivitas tanah. Nilai impedansi kaki tower tidak konstan. Artinya besarannya selalu berubah yang dipengaruhi oleh jenis tanah, kelembaban, suhu, besar arus petir dan bentuk gelombang.

Kemampuan dari perlindungan perit pada saluran transmisi dipengaruhi oleh performa individual dari masing-masing tower. Pada area yang memiliki tahanan tanah yang tidak sama di setiap tower dapat menurunkan performa dari saluran transmisi secara keseluruhan.

Konstruksi dari elektroda pembumian harus dimaksimalkan untuk tower yang memiliki nilai resistivitas tanah yang tinggi. Serta sambungan dari elektroda ke kaki tower harus diperkuat agar ketika dialiri arus petir sambungan tersebut tidak rusak. Desain elektroda yang paling umum diaplikasikan pada tower adalah dengan menggunakan driven rod.

Referensi:

• IEEE Std 1243-1997: IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines