Pemilihan Perangkat Pelindung Lonjakan Arus untuk Sistem PV – Jenis-Jenis SPD

Pembangkit listrik fotovoltaik (PV) merupakan sumber energi terbarukan utama dan sangat kompetitif secara ekonomi dibandingkan dengan pembangkit listrik tradisional. Sistem PV terdistribusi skala kecil, seperti panel surya atap, semakin populer. Sistem PV atap melibatkan distribusi AC dan DC dengan tegangan hingga 1500V. Sisi DC, terutama panel PV, dapat langsung terkena sambaran petir di daerah berisiko tinggi, sehingga rentan terhadap kerusakan akibat petir.

Perlindungan petir untuk bangunan dibagi menjadi perlindungan eksternal (Sistem Perlindungan Petir, LPS) dan perlindungan internal (Pengambilan Perlindungan Lonjakan Tegangan, SPM), berdasarkan risiko petir. Perangkat Pelindung Lonjakan Tegangan (SPD), sebagai bagian dari perlindungan internal, melindungi dari tegangan lebih transien yang disebabkan oleh petir atmosfer atau operasi pensaklaran. SPD dipasang di luar peralatan yang dilindungi dan terutama berfungsi sebagai berikut: ketika tidak ada lonjakan tegangan dalam sistem daya, SPD tidak secara signifikan memengaruhi operasi normal sistem yang dilindunginya. Ketika terjadi lonjakan tegangan, SPD menawarkan impedansi rendah, mengalihkan arus lonjakan melalui dirinya sendiri dan membatasi tegangan ke tingkat yang aman. Setelah lonjakan tegangan berlalu dan arus sisa telah hilang, SPD kembali ke keadaan impedansi tinggi.

1. Lokasi Pemasangan Perangkat Pelindung Lonjakan Arus (SPD)

Lokasi pemasangan SPD ditentukan berdasarkan tingkat ancaman petir dan berdasarkan konsep Zona Perlindungan Petir (LPZ) dalam IEC 62305. Tegangan lebih transien secara bertahap dikurangi ke tingkat yang aman, yang harus berada di bawah tegangan tahan peralatan yang dilindungi. Seperti yang diilustrasikan pada Gambar, SPD dipasang di batas-batas zona ini, sehingga memunculkan konsep perlindungan lonjakan tegangan multi-level yang digunakan dalam sistem tegangan rendah. Untuk sistem PV, fokusnya adalah mencegah lonjakan petir masuk melalui sisi AC dan DC, sehingga melindungi komponen penting seperti inverter.

2. Kelas Uji Perangkat Pelindung Lonjakan Arus (SPD)

Menurut IEC 61643-11, SPD diklasifikasikan menjadi tiga kategori pengujian berdasarkan jenis impuls arus petir yang dirancang untuk ditahan. Pengujian Tipe I (ditandai sebagai T1) dimaksudkan untuk mensimulasikan arus petir parsial yang mungkin dialirkan ke dalam bangunan. Pengujian ini menggunakan bentuk gelombang 10/350 µs, seperti yang ditunjukkan pada Gambar di bawah, dan biasanya diterapkan pada batas antara LPZ0 dan LPZ1—seperti pada papan distribusi utama atau saluran masuk transformator tegangan rendah. SPD untuk level ini biasanya berjenis pengalih tegangan, dengan komponen seperti tabung pelepasan gas atau celah percikan (misalnya, celah tanduk atau celah grafit).

Uji Tipe II (T2) dan Tipe III (T3) menggunakan impuls dengan durasi lebih pendek. SPD Tipe II biasanya merupakan perangkat pembatas tegangan yang menggunakan komponen seperti varistor oksida logam (MOV). Perangkat ini diuji dengan arus pelepasan nominal menggunakan bentuk gelombang arus 8/20 µs (lihat Gambar di bawah), dan bertanggung jawab untuk lebih membatasi tegangan lonjakan residual yang berasal dari perangkat proteksi hulu. Uji Tipe III menggunakan generator gelombang kombinasi dengan impuls tegangan 1,2/50 µs dan arus 8/20 µs (lihat Gambar di bawah), mensimulasikan lonjakan yang lebih dekat ke peralatan pengguna akhir.

3. Jenis Koneksi Perangkat Pelindung Lonjakan Arus (SPD)

Terdapat dua mode utama perlindungan terhadap tegangan lebih transien. Yang pertama adalah perlindungan mode umum (CT1), yang dirancang untuk melindungi dari lonjakan tegangan antara konduktor aktif dan PE (pembumian pelindung). Sambaran petir, misalnya, dapat menimbulkan tegangan tinggi relatif terhadap tanah ke dalam suatu sistem. Perlindungan mode umum membantu mengurangi dampak gangguan eksternal tersebut, seperti petir, seperti yang diilustrasikan di bawah ini.

Yang kedua adalah proteksi mode diferensial (CT2), yang melindungi dari lonjakan tegangan antara konduktor saluran (L) dan konduktor netral (N). Jenis proteksi ini sangat penting untuk mengatasi gangguan internal, seperti kebisingan listrik atau interferensi yang dihasilkan di dalam sistem itu sendiri, seperti yang ditunjukkan pada diagram di bawah ini.

Dengan menerapkan salah satu atau kedua mode perlindungan ini, sistem kelistrikan dapat terlindungi dengan lebih baik dari potensi sumber lonjakan tegangan, yang pada akhirnya meningkatkan umur pakai dan keandalan peralatan yang terhubung.

Penting untuk dicatat bahwa pemilihan mode proteksi SPD harus sesuai dengan sistem pentanahan yang ada. Untuk sistem TN, mode proteksi CT1 dan CT2 dapat digunakan. Namun, pada sistem TT, CT1 hanya dapat diterapkan di hilir RCD. Pada sistem IT—terutama yang tanpa konduktor netral—proteksi CT2 tidak berlaku. Ini merupakan pertimbangan penting dalam sistem distribusi DC yang menggunakan konfigurasi pentanahan IT. Detailnya dapat ditemukan pada tabel di bawah ini.

4. Parameter Utama Perangkat Pelindung Lonjakan Arus (SPD)

Menurut standar internasional IEC 61643-11, karakteristik dan pengujian SPD yang terhubung ke sistem distribusi daya tegangan rendah didefinisikan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7.

(1) Tingkat Perlindungan Tegangan (Atas)

Aspek terpenting dalam memilih SPD adalah tingkat proteksi tegangannya (Up), yang mencirikan kinerja SPD dalam membatasi tegangan antar terminal. Nilai ini harus lebih tinggi daripada tegangan penjepitan maksimum. Nilai ini tercapai ketika arus yang mengalir melalui SPD sama dengan arus pelepasan nominal In. Tingkat proteksi tegangan yang dipilih harus lebih rendah daripada tegangan tahan impuls Uw beban. Dalam kasus sambaran petir, tegangan di terminal SPD umumnya dijaga di bawah Up. Untuk sistem PV DC, beban biasanya mengacu pada modul PV dan inverter.

(2) Tegangan Operasi Kontinu Maksimum (Uc)

Uc adalah tegangan DC maksimum yang dapat diterapkan secara terus menerus pada mode proteksi SPD. Nilai ini dipilih berdasarkan tegangan nominal dan konfigurasi pentanahan sistem, dan berfungsi sebagai ambang aktivasi SPD. Untuk sisi DC sistem PV, Uc harus lebih besar dari atau sama dengan Uoc Max dari susunan PV. Uoc Max mengacu pada tegangan rangkaian terbuka tertinggi antara terminal hidup dan antara terminal hidup dan tanah pada titik yang ditentukan dari susunan PV.

(3) Arus Pelepasan Nominal (In)

Ini adalah nilai puncak dari arus gelombang 8/20 μs yang mengalir melalui SPD, yang digunakan untuk pengujian Tipe II dan untuk pengujian pra-kondisi pada Tipe I dan Tipe IIIEC mensyaratkan bahwa SPD (Surface Protection Device) dapat menahan setidaknya 19 kali pelepasan arus gelombang 8/20 μs. Semakin tinggi nilai In, semakin lama masa pakai SPD, tetapi biayanya juga meningkat.

(4) Arus Impuls (Iimp)

Didefinisikan oleh tiga parameter: arus puncak (Ipeak), muatan (Q), dan energi spesifik (W/R), arus ini digunakan dalam Tipe I pengujian. Bentuk gelombang tipikal adalah 10/350 μs.