Tipis-Tipis Bahas Arcing Horn

Salah satu metode yang cukup simpel dan murah untuk melindungi peralatan dari kerusakan akibat sambaran petir yaitu dalam hal ini kerusakan media isolasi adalah dengan penggunaan arcing horn yang terhubung secara paralel dengan isolator.

Arcing horn atau tanduk busur api berfungsi untuk mem-bypass surge overvoltage agar tegangan tembus tidak terjadi di isolator yang dapat mengakibatkan isolator flash. Flash yang terjadi bisa flashover atau loncatan muatan dari hot ke cold, dan back-flashover apabila terjadi loncatan muatan dari sisi cold ke hot. Sehingga harapannya arcing horn dapat melindungi isolator dari dampak flash yang dapat menurunkan kemampuan isolasi sehingga perlu adanya penggantian isolator.

Pada prinsipnya arcing horn bekerja sebagai media penyalur busur api saat terjadi surge pada sistem yang diakibatkan oleh faktor internal seperti switching atau eksternal seperti sambaran petir. Metodenya adalah dengan menjadikan gap udara yang bersifat dielektrik dengan jarak tertentu sehingga besarnya nilai dielektrik gap arching horn sedikit lebih kecil dari nilai tegangan tembus akibat surge petir pada isolator.

Meski begitu tak jarang flash pada isolator tetap terjadi meskipun sudah dipasang arcing horn. Hal ini karena terdapat faktor yang dapat mempengaruhi performa dari koordinasi isolasi antara arcing horn dengan isolator seperti waktu muka petir, magnitude dan polaritas sambaran surge tegangan petir, gap arcing horn dan kondisi cuaca seperti relative air density dan kelembaban udara. Faktor tersebut menyebabkan terjadinya flash pada isolator selain pada arcing horn atau gagalnya arcing horn bekerja melindungi isolator.

Besarnya gap antar tanduk ditentukan sedemikian rupa sehingga saat terjadinya gangguan transient, arcing horn bekerja dengan menjadi perantara loncatan busur api sehingga tidak membuat isolator flash. Kondisi tersebut dapat tercipta saat koordinasi isolasi antara isolator dan gap udara pada arcing horn sesuai. Atau besarnya nilai dielektrik gap udara lebih kecil dari BIL isolator yang dilindungi.

Meskipun memiliki fungsi untuk melindungi isolator. Arcing horn juga memiliki kekurangan antara lain sebagai berikut.

1. Ketika arcing horn beroperasi, sistem akan merasakan fault phase-ground sehingga relay proteksi bekerja dan akan diikuti dengan PMT reclose terutama ketika gangguan disebabkan oleh sambaran petir.
2. Jarak gap pada arching horn yang terlalu pendek dapat berpotensi terjadinya maloperasi terutapa saat kondisi udara lembab sehingga menyebabkan loncatan busur api disaat normal.

Penggunaan arcing horn dapat di temukan pada peralatan berisolasi seperti isolator pada SUTT/SUTET dan bushing transformator. Untuk peralatan tegangan ekstra tinggi, geometri arcing horn akan berbentuk membulat untuk mengatasi efek korona discharge yang cukup besar pada level tegangan ekstra tinggi.

Penentuan Gap Pada Busur Arcing Horn

Apabila kita mengacu pada SPLN, maka untuk jarak antar tanduk adalah berkisar antara 75-85% dari panjang isolator (SPLN 121 : 1996)

Tahun lalu saya mengikuti pelatihan proteksi petir pada sistem tenaga listrik dengan Prof. Zoro sebagai pemateri. Dalam pelatihan tersebut dijelaskan beberapa kriteria dalam pemilihan desain arcing horn diantaranya.

1. Untuk mencegah gelombang petir tembus melalui permukaan isolator, maka tegangan tembus dari gap pada arcing horn harus di set 20% lebih rendah dari tegangan tembus impuls pada isolator
2. Jarak antara ujung arcing horn dengan permukaan isolator tidak boleh kurang dari 1/3 jarak gap arcing horn untuk mencegah busur api menyambar isolator
3. Jarak minimum arcing horn tergantung pada tegangan operasi sistem dengan rumus:

S = 0.42 * VLL [kV] + 8.85 [cm]

Untuk dapat memahami maksud dari dua standard tersebut mari kita membahas studi kasus di bawah ini.

Studi Kasus

Misalkan pada suatu penghantar 150 Kv menggunakan isolator merk Seidiver 120 kN fog type. Berapakan panjang jarak arcing horn minimum dan maksimum pada isolator tersebut?

Bila melihat data sheet isolator dengan nomor seri F120P/146 maka diketahui Lightning Impuls Withstand Voltage 12 disks sebesar 1000 kV dan panjang isolator per-keping 146 mm sehingga panjang total isolator 12 keping adalah 1752 mm.

Jika mengacu pada SPLN maka jarak minimum arching horn tersebut adalah 1314 mm dan jarak maksimum adalah 1489 mm.

Sekarang kita bandingkan dengan standard yang ke dua.

Kekuatan dielektrik udara berkisar 3 kV/mm pada kondisi kering, namun pada kondisi basah dan beberapa faktor lain dan juga safety factor kemampuan dielektrik udara akan menurun hingga berkisar 1 kV/mm. Kita simpan sementara informasi ini.

Kembali ke spesifikasi isolator kaca. Pada poin pertama dari kriteria desain arcing horn disebutkan bahwa tegangan tembus arcing horn minimal 20% lebih rendah dari tegangan tembus isolator. Karena kemampuan maksimum isolator untuk menahan impuls petir sampai 1000 kV, maka kemampuan dielektrik udara pada gap arcing horn harus mampu menyalurkan impuls pada level tegangan 800 kV sehingga jarak arcing sisi cold dan hot adalah 800 mm.

Untuk jarak minimum berdasarkan rumus pada poin ke 3 adalah 718.5 mm

Pada kajian dari Zoro juga disinggung jarak antara tanduk arcing dengan permukaan isolator terdekat yang disebutkan pada poin 2. Sehingga didapat jarak minimum 239.5 mm dan maksimum 266.7 mm.

TL:DR

Dari studi kasus yang telah kita singgung di atas perbandingan dari gap menurut SPLN dan Zoro sangat berbeda sekali. SPLN hanya menyinggung mengenai panjang isolator yang akan dilindungi. Padalah seperti yang kita ketahui, material isolator baik keramik, kaca maupun polimer meskipun memiliki panjang yang sama tetapi tetap memiliki kemampuan BIL yang berbeda. Selain itu prinsip kerja koordinasi antara arcing horn dengan isolator adalah menggunakan basis dari kekuatan isolasi antara udara dengan material isolator.

Sehingga untuk mendapatkan hasil yang lebih spesifik, perhitungan Zoro untuk menentukan gap pada arcing horn cukup mewakili dari kemampuan isolasi beberapa material isolator yang umum digunakan dan juga cukup spesifik untuk masing-masing material isolator yang memiliki kemampuan lightning withstand voltage yang berbeda-beda.

Yang jadi kendala dari penggunaan arcing horn adalah apabila dia bekerja maka sistem tetap merasakan gangguan meskipun reclose. Nah disinilah arrester mengisi kelemahan yang dimiliki oleh arcing horn. Kalau begitu next kita akan bahas tipis-tipis tentang arrester. Ciao.