4 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Saluran Transmisi
Dalam kehidupan, kita sangat memerlukan energi listrik. Energi listrik dibangkitkan menjadi bermacam macam sumberi misalnya PLTA,PLTU, dan PLTG,selanjutnya tegangan listrik dinaikkan oleh trafo step up dan disalurkan melewati saluran transmisi hal ini dimaksudkan guna mengurangi rugi daya dan penyusutan tegangan di saluran transmisi, kemudian tegangan dikurangi memakai trafo step down selanjutnya disalurkan melalui saluran distribusi sampai bisa digunakan untuk memenuhi keperluan setiap hari.
Saluran transmisi memiliki fungsi utama yaitu menyalurkan energi listrik dari pembangkit utama ke masing-masinng pusat beban(Handayani et al., 2019).
Tegangan tinggi digunakan untuk mengurangi rugi-rugi daya sepanjang saluran transmisi. Selain mengurangi rugi-rugi daya penggunaan tegangan tinggi dapat menimbulkan medan magnet di sekeliling kawat penghantar. Adapun dampak dari medan magnet yang berasal dari kawat penghantar yaitu dapat merugikan operator pekerja dan penduduk yang tinggal didekat saluran transmisi.
2.2 Transmisi Tenaga Listrik
Diagram garis sistem tenaga listrik yang sederhana dapat dilihat pada gambar 2.1 di bawah ini. Rugi-rugi daya terjadi saat sebuah sistem tenaga listrik sedang beroprasi pada saluran transmisinya(Shiddiq, 2018).
Gambar 2. 1 Diagram sistem tenaga listrik sederhana
Arus di sepanjang kawat transmisi bisa dikatakan sama besarnya dengan arus yang terdapat pada ujung penerima transmisi apabila arus kapasitif pada transmisi diabaikan.
5 Jika P adalah daya bebanyang ada di ujung penerima transmisi (watt), Vr adalah tegangan ke masing-masing fasa ujung penerima transmisi (volt) dan cos adalah faktor daya beban, sehingga arus pada kawat transmisi adalah:
=
Sehingga dapat dilihat bahwa rugi-rugi transmisi berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan transmisi dan berbanding lurus dengan resistensi konduktor.
Maka dapat dikatakan bahwa pengecilan rugi-rugi yang didapatkan dari peningkatan tegangan transmisi lebih besar dibandingkan pengurangan rugi-rugi dari pengecilan resistensi konduktor. Sehingga, dengan menaikkan tegangan transmisi dapat mengecilkan rugi-rugi daya. Hal itu yang dapat meningkatkan tegangan transmisi hingga mencapai 750 kV.
2.3 Jaringan Distribusi
Jaringan distribusi merupakan elemen suatu sistem tenaga listrik dalam bentuk jaringan yang dapat menghantarkan dan menyambungkan antara gadu induk pusat beban dengan pelanggan. Bagian dari jaringan distribusi yaitu meliputi keseluruhan komponen dimulai dari penyulang(feeder) yang berada didekat terminal trafo sekunder gardu induk hingga alat pembatas dan pengukur (APP) pada pelanggan. Fungsi utama jaringan distribusi yaitu untuk menyalurkan daya dan tegangan energi listrik kepada pelanggan secara langsung sesuai kebutuhan pelanggan sehingga dapat berpengaruh pada kenyamanan pelanggan.
Ada 2 level tegangan dalam jaringan distribusi tenaga listrik, yaitu JTM atau jaringan distribusi primer serta JTR atau jaringan distribusi sekunder.
Sebagian besar jaringan distribusi tegangan menengah menggunakan jaringan tiga fase empat kawat, yaitu tiga kawat fase dan satu kawat netral dengan tegangan masing-masing fasenya yakni 20 kV. Sedangkan bagian lainnya menggunakan jaringan satu fase ,dua kawat dengan tegangan 11,5 kV. Jaringan tegangan rendah sebagian menggunakan jaringan tiga fase empat kawat yang mirip dengan jaringan distribusi tegangan menengah yang digunakan untuk melayani konsumen dengan tegangan masing-masing fasenya 380 V, sedangkan bagian lainnya menggunakan jaringan satu fase tiga kawat dengan tegangan 220 V. Diantara jaringan distribusi tegangan rendah dan jaringan distribusi tegangan menengah
6 dipasang trafo distribusi yang disesuaikan dengan kebutuhan, ada juga yang memakai trafo tiga fase dan ada yang memakai tarfo satu fase. Jaringan distribusi tegangan menengah dipakai untuk menyambungkan antara gardu induk dengan trafo pelanggan tegangan menengah. Sedangkan jaringan distribusi tegangan rendah dipakai untuk menyambungkan antara trafo distribusi pelanggan tegangan rendah. Jika JTM dan JTR memakai satu tiang yang sama maka cukup menggunakan satu kawat netral untuk kedua sistem tersebut. Pelanggan yang memakai daya yang cukup besar seperti industri, rumah sakit, dan kampus biasanya berlangganan tiga fase dengan JTM 20 kV. Biasanya pihak pelanggan mengelola gardu distribusi sendiri untuk menurunkan tegangan dan mengatur distribusinya. Sedangkan konsumen yang menggunakan daya bebannya lebih kecil memakai tegangan rendah dan dilayani dengan jaringan distribusi tegangan rendah yang disambungkan dengan trafo distribusi.
Gambar 2. 2 Sistem distribusi tenaga listrik konfigurasi radial 2.4 Isolator Cincin
Isolator merupakan alat yang digunakan untuk menyekat antara bagian yang memiliki tegangan dan bagian yang tidak memiliki tegangan. Pada SUTET/SUTT/SUTM isolator berfungsi untuk memisahkan kawat fasa dengan tower(Gustiana et al., 2021). Umumnya isolator dibuat dari bahan porselen, kaca dan polimer serta memiliki fungsi untuk memisahkan antara tegangan listrik dan kawat penghantar dengan tiang listrik.
Isolator jenis cincin (spool type insulator) biasanya dapat dipasang secara vertical ataupun horizontal pada tiang yang lurus (tangent pole) dengan sudut 0° -
7 10°. Isolator cincin memiliki bentuk bulat dengan lubang ditengahnya menyerupai cincin dan hanya ada satu atau dua lekukan saja serta biasanya dibuat dari bahan porselin (Thoriq et al., 2015). Isolator ini didesign untuk mendukung konduktor dengan tegangan rendah dan menengah(Olusola,2016). Di Indonesia tegangan menengah umumnya menggunakan tegangan sebesar 20 kV(Dasman,2017).
Sehingga pada penelitian ini isolator cincin diberi konduktor dengan tegangan 20 kV.
Gambar 2. 3 Isolator cincin berbahan keramik
Elektron, proton dan ion yang berada pada ruangan di sekitar daerah yang terukur akan menimbulkan medan listrik dimana wilayah ini masih dalam pengaruh sifat kelistrikan dari suatu muatan. Untuk mendapatkan energi yang tersimpan pada muatan digunakan rumus :
WE = Vdv
Rumus ini digunakan untuk mengetahui energi potensial total dalam kerapatan muatan ruang :
Keterangan :
: Kerapatan volume yang menghasilkan medan potensial (coulomb/meter)3. V : Potensial listrik pada titik (V).
2.5 Polutan Pada Isolator
Satheesh et al., 2012 melakukan penelitian menggunakan metode elemen hingga pada MATLAB untuk menyelidiki pengaruh kontaminan terhadap isolator pada saluran tegangan tinggi. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa distribusi medan listrik mengalami perubahan saat kontaminan debu dan serbuk kayu semakin tebal.
8 Gambar 2. 4 Penelitian distribusi medan listrik oleh Satheesh et al. (2012)
Ali Salem et al., 2019 melakukan penelitian pengaruh bentuk geometri isolator terhadap mendan listrik menggunakan metode elemen hingga dalam software COMSOL Multiphysic. Dalam penelitian tersebut digunakan shed radius, sudut inklinasi, lebar dan panjang isolator beragam. Hasil penelitian tersebut menunjukkan bahwa medan listrik terbesar terjadi pada area dekat ground dan terminal serta tergantung pada tipe material isolator yang digunakan. Simulasi ini juga menunjukkan bahwa medan listrik didesain uniform, menghindari desain isolator bersudut lancip karena medan listrik di bagian lancip akan kritis serta medan listrik yang dirancang dapat direduksi isolator. Hal ini merupakan acuan penting bagi optimasi isolator (Ali Salem et al., 2019)
Isolator bersih
Kontaminan kayu 0.5 mm Kontaminan kayu 1.5 mm
9 Gambar 2. 5 Penelitian distribusi medan listrik oleh (Ali Salem et al., 2019) Simulasi pengaruh bentuk geometri terhadap distribusi medan listrik telah dilakukan (Saris et al., 2012) dengan menggunakan metode elemen hingga pada MATLAB. Objek penelitian tersebut adalah isolator suspensi 20 kV tipe SC, SS, SL dan SE yang memiliki empat tipe ukuran sirip. Hasil penelitian menunjukkan bahwa distribusi medan listrik dipengaruhi oleh geometri isolator tersebut dan medan listrik terbesar berada di sekitar titik sambungan (Saris et al., 2012).
Sedangkan Rahimnejad & Mirzaie, (2012) melakukan penelitian untuk optimasi Corona Ring dengan metode elemen hingga menggunakan perangkat lunak Maxwell 3D. Pada simulasi tersebut digunakan isolator cincin yang terdiri dari 13 keping dengan variasi tiga Corona Ring. Hasil penelitian menunjukkan bahwa geometri ring dapat mempengaruhi persebaran medan listrik secara signifikan hingga berkurang 28% (Rahimnejad & Mirzaie, 2012)
2.6 Metode Elemen Hingga (FEM)
Metode Elemen Hingga atau FEM (Finite Element Method) merupakan metode dasar yang digunakan untuk mensimulasikan distribusi medanlistrik pada isolator cincin menggunakan CST Studio. Metode elemen hingga memiliki prinsip dasar proeses diskretisasi. Proses diskretisasi digunakan untuk memodifikasi bentuk 1,2, atau 3 dismensi suatu benda atau daerah yang akan dianalisa dan terbagi secara otomatis ke dalam bentuk mesh (kumpulan dari elemen) yang saling berhubungan (Pada et al., 2005).
10 Ada 2 Analisa penyelesaian menggunakan FEM, yaitu Analisis struktur dan analisa non-struktur. Analisa struktur dipakai untuk menganalisa tegangan distruktur rangka, bucking serta getaran, dan analisa non struktur dipakai untuk menganalisa sebuah proses penyaluran panas, aliran fluida, distribusi dari potensial medan magnet dan medan listrik.
2.7 Perhitungan Medan Listrik
Medan listrik yaitu daerh yng masih dalam pengaruh sifat kelistrikan suatu muatan. Nilai arus bocor(leakage current) dan tegangan tembus Breakdown) dapat dipengaruhi oleh perubahan nilai pada medan listrik di isolator cincin.
2.7.1 Energi Pada Medan Listrik
Terdapat muatan energi ( ) pada distribusi medan listrik yang masih tersimpan, energi tersebut bisa dihitung memakai rumus:
∫
Rumus diatas adalah digunakan untuk menghitung total energy potensial di sauatu bidang atau muatan titik.
