4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Saluran Transmisi
Energi listrik merupakan energi yang sangat diperlukan dalam menjalankan aktifitas sehari-hari. Sumber pembangkitan energi listrik dilakukan dengan beberapa cara yaitu PLTA , PLTU, PLTG, hingga pembangkit listrik alternatif menggunakan tenaga matahari atau fuel cell. Setelah dibangkitkan energi listrik tersebut disalurkan melalui saluran transmisi guna mengurangi rugi daya untuk penyusutan tegangan saluran transmisi selanjutnya penurunan tegangan menggunakan transformator step down dan distribusikan melewati saluran distribusi sampai bisa digunakan untuk memenuhi keperluan setiap hari.
Saluran transmisi memiliki fungsi utama yaitu sebagai penyaluran energi listrik dari pusat pembangkit ke pusat-pusat beban[1]. Tegangan tinggi digunakan untuk mengurangi rugi-rugi daya sepanjang saluran transmisi. Selain mengurangi rugi-rugi daya penggunaan tegangan tinggi dapat menimbulkan medan maghnet 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 di saluran transmisinya[5].
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
5
transmisi diabaikan. Jika P adalah daya bebanyang ada di ujung penerima transmisi (watt), Vr adalah tegangan ke masing-masing fasa ujung penerima transmisi (volt) dan cos 𝜑 adalah faktor daya beban, sehingga arus pada kawat transmisi adalah:
∆𝑷𝒕= 𝑷
𝟐𝐑 𝑽𝒓𝟐 𝑪𝑶𝑺𝟐𝝋
Sehingga dapat dilihat bahwa rugi-rugi transmisi berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan transmisi dan berbanding lurus dengan resistensi konduktor. Jadi dapat dikatakan bahwa pengecilan rugi-rugi yang didapatkan melalui 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 Isolator Pada Jaringan Transmisi
Isolator memiliki fungsi sebagai penyekat antara bagian yang memiliki tegangan dengan bagian yang tidak memiliki tegangan. Peran isolator pada SUTET/SUTT/SUTM adalah untuk mengisolasi kawat fasa dari menara. Biasanya isolator terbuat dari porselen kaca dan polimer yang fungsinya sebagai isolasi tegangan antara kawat penghantar dan tiang.[6] ditinjau dari fungsi isolator, isolator ada dua jenis yaitu isolator pendukung dan isolator gantung, gambar 2.6.
Isolator Pendukung
(a) (b) (c)
6 Isolator
Gantung
(d) (e) (f)
Gambar 2.2 Tipe isolator a. pin b. post c. pin-post d. piring e. batang f. rantai Sumber: Marsudi dkk, 2016 Diagram garis gardu induk
Jika isolator tidak bekerja dengan baik maka daya listrik yang dikirim ke konsumen akan hilang karnena disalurkan melalui isolator ke ground.
Konsekuensi lain yang mungkin akan terjadi korsleting[7].
Isolator merupakan suatu alat isolasi listrik yang sering digunakan pada jaringan tenaga listrik, ada banyak faktor yang menyebabkan isolator tidak bekerja secara normal, termasuk polusi. Polutan yang ada pada udara akan menempel pada dinding isolator dan lambat laun membentuk lapisan tipis pada permukaan isolator berupa partikel kotor yang mengandung garam dan debu.
2.4 Polutan Pada Isolator
Penelitian mengenai distribusi medan listrik telah dilakukan oleh [8]
dengan menggunakan metode elemen menjelaskan bahwa kontaminan akan mempengaruhi distribusi medan listrik secara signifikan. Penelitian tersebut dilakukan pada isolator tegangan tinggi dengan diameter 175 mm dan tinggi 110 mm berbahan dasar gelas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa kontaminan akan menyebabkan medan listrik terkonsentrasi di dalam sebuah isolator[8].
7
Gambar 2.3 Penelitian distribusi medan listrik oleh Othman et al. (2013) Kontargyri et al. (2014) melakukan penelitian terhadap isolator pasak yang digunakan pada transmisi 400 kV. Objek penelitian tersebut dilakukan menggunakan metode elemen hingga dalam software OPERA. Isolator yang digunakan dalam simulasi ini terdiri dari 18 keping berdiameter 320 mm dan tinggi 170 mm berbahan dasar keramik dan gelas. Hasil penelitian menunjukkan bahwa isolator berbahan dasar gelas memiliki medan listrik lebih tinggi daripada keramik[9].
Gambar 2.4 Penelitian distribusi medan listrik oleh Kontargyri et al. (2014)
Isolator bersih Isolator dengan kontaminan
8
Marungsri et al. (2009) melakukan penelitian tentang pengaruh beberapa macam kontaminan terhadap isolator. Penelitian ini merupakan simulasi menggunakan metode elemen hingga pada perangkat lunak MATLAB dengan tipe kontaminan yaitu debu kayu dan air. Hasil penelitian menunjukkan droplet air adalah kontaminan yang paling mempengaruhi kekuatan medan listrik sepanjang isolator [10]. Sedangkan Dwinugraha et al. (2017) telah menerapkan metode elemen hingga dalam perangkat lunak CST Studio untuk mempelajari pengaruh medan magnet terhadap operator. Dalam penelitian ini simulasi dilakukan pada saluran transmisi 500 kV dan menunjukkan bahwa dengan mengoperasikan CST Studio secara tepat maka hasil eksperimen dan simulasi akan memiliki nilai yang sama[11].
2.5 Metode Elemen Hingga (FEM)
Metode Elemen Hingga atau FEM merupakan metode dasar yang digunakan untuk mensimulasikan distribusi medanlistrik pada isolator pasak 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 [12].
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.
2.6 Perhitungan Medan Listrik
Medan listrik yaitu daerah yang 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 pasak.
Medan listrik dapat muncul karena adanya gaya (F) yang bertumpu pada suatu muatan listrik.
𝐹𝑡 = 1 4π𝜀0
𝑞1𝑞𝑡 𝑅1𝑡2 𝑎1𝑡
9
Bila gaya tersebut bertumpu pada suatu muatan maka, 𝐹𝑡
𝑞𝑡 = 𝑞1 4π𝜀0𝑟1𝑡2𝑎1𝑡 Sehingga,
𝐸 = 𝑞
4π𝜀0𝑅2𝑎1𝑡 Keterangan:
F = Gaya listrik atau gaya columb (N) q1 = muatan listrik (C)
𝜀0 = permivitas listrik vacuum = 8,85 . 10-12 R = jarak kedua muatan (m)
A = percepatan (m/s)
2.6.1 Energi Pada Medan Listrik
Terdapat muatan energi (𝑊𝐸) pada distribusi medan listrik yang masih tersimpan, energi tersebut bisa dihitung memakai rumus:
𝑊𝐸 =1
2∫ 𝜌𝑣𝑉𝑑𝑣
𝑉𝑜𝑙
Rumus diatas adalah digunakan untuk menghitung total energy potensial di sauatu bidang atau muatan titik.
Keterangan:
𝜌𝑣 = Kerapatan volume dengan medan potensial (𝐶/𝑚3) 𝑉 = Potensial Listrik pada titik
