~ iii ~
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur alhamdulilah penulis ucapkan kehadirat allah SWT, dimana akhirnya penulis dapat menyelesaikan buku Transmisi Daya Listrik ini sekalipun masih banyak kekurangan disana sini dan penulis sangat menyadari itu serta memberanikan diri untuk menulis buku ini.
Buku ini disusun berdasarkan bahan ajar yang digunakan penulis yang ditulis dalam bentuk diktat, buku ini sudah cukup mamadai dipakai sebagai bahan mahasiswa untuk belajar mandiri khusus nya mahasiswa Jurusan Teknik Elektro, buku ini dibuat untuk perkuliahan selama satu semester dan diharapkan dapat membantu mahasiswa atau praktisi di bidang Teknik Elektro dalam menyelesaikan persoalan-persoalan di bidang transmisi daya listrik.
Penulis menyadari bahwa isi buku ini masih jauh dari sempurna, hal mana disebabkan antara lain oleh waktu persiapan yang sangat terbatas, kerkurangan-kekurangan serta saran- saran membangun dari para rekan dan para pembaca akan di perhatikan dan akan di lengkapi selanjutnya, harapannya buku ini dapat memberikan manfaat dengan menambah pengetahuan dalam bidang transmisi daya listrik khususnya bagi mahasiswa yang mengambil mata kuliah ini.
Akhirulkata kepada semua rekan yang telah memberikan dorongan dan bantuan baik secara materil maupun spiritual dan kepada semua fihak yang telah membantu selesainya penulisan hingga dapat diterbitkan penulis mengucapkan banyak terima kasih yang tak terhingga,
Yogyakarta, Maret 2012
Penulis
~ iv ~
~ v ~
DAFTAR ISI
Kata pengantar ... iii
Daftar isi ... v
BAB I UMUM ... 1
1.1 Jaringan Transmisi ... 1
1.2 Jenis Saluran Transmisi ... 2
1.3 Tegangan Transmisi ... 2
1.4 Komponen – komponen Utama Pada Saluran Transmisi Udara ... 3
1.4.1 Isolator ... 3
1.4.2. Bahan- bahan Isolasi ... 4
1.4.2.1 Bahan Porselen ... 4
1.4.2.2. Bahan Gelas ... 5
1.4.2.3 Bahan Polimer ... 6
1.4.3 Klasifikasi Isolator Saluran Udara ... 7
1.4.3.1 Isolator Pasak ... 7
1.4.3.2. Isolator Piring ... 7
1.4.3.3 Isolator Batang Panjang ... 8
1.4.3.4 Isolator Post saluran ( Line Post Pin Insulator) ... 9
1.4.3.5 Isolator Tonggak Pin ... 9
1.5 Konduktor ... 11
1.5.1 Alluminium ... 13
1.6 Menara Transmisi... 14
1.6.1 Menara Baja ... 15
1.6.2 Tiang Baja ... 16
1.6.3 Tiang Beton Bertulang ... 16
1.6.4 Tiang Kayu ... 16
BAB II KARAKTERISTIK LISTRIK DARI SALURAN TRANSMISI ... 23
2.1 Tahanan (R) ... 23
2.2 Induktansi dan Reaktansi Fasa Tunggal ... 25
2.3 Fluks Magnet pada Kawat Panjang ... 25
2.4 Fluks Magnet ... 26
2.4.1 Fluks Lingkup ... 27
2.4.2 Fluks di dalam kawat ... 27
2.4.3. Fluks lingkup kawat ila kawat balik dekat dengan kawat tersebut ... 29
2.4.4 Induktansi sendiri ... 30
2.5 Fluks lingkup pengantar yang terdiri dari n kawat ... 32
2.5.1 Induktansi dengan kawat pilin ... 33
~ vi ~
2.5.2 Radius rata-rata geometrisatau geometric mean radius (GMR)
dan jarak rata-rata geometris atau geometric mean distance(GMD) ... 35
2.5.2.1 Radius rata-rata geometri (GMR) ... 35
2.5.2.2 Jarak rata-rata geometris (GMD ... 36
2.6 Radius rata-rata geometris dari kabel konsentris ... 36
2.6.1 Radius rata-rata geometris dari kabel ACSR ... 37
2.7 Induktansi dan Reaktansi induktif dari rangkaian tiga fasa ... 38
2.7.1 Jarak antar kawat ketiga kawat sama ... 38
2.7.2 Jarak antar kawat ketiga kawat tidak sama ... 39
2.8 Kapasitansi dan Reaktansi kapasitif ... 43
2.8.1 Rangkaian Fasa Tunggal ... 43
2.8.2 Kapasitansi ... 44
2.8.3 Reaktansi Kapasitif ... 44
2.8.3.1 Rangkaian Tiga Fasa ... 45
2.8.3.2 Kapasitansi dan Reaktansi Kapasitif Bila Jarak Tidak Sama ... 47
2.9 Saluran Ganda Tiga Fasa ... 50
2.9.1 Reaktansi Induktif Saluran Ganda Tiga Fasa ... 50
2.9.2 Reaktansi Kapasitif Saluran Ganda Tiga Fasa ... 51
BAB III REPRESENTASI SALURAN TRANSMISI DAN RELASI ARUS DAN TEGANGAN ... 55
3.1. Representasi Saluran Transmisi ... 55
3.2 Klasifikasi Saluran Transmisi ... 56
3.2.1 Klasifikasi untuk Keperluan Diagram Penganti ... 56
3.2.2 Klasifikasi Menurut Tegangan Kerja ... 56
3.2.2.1 Klasifikasi Berdasar Fungsi Dalam Operasi ... 56
3.3 Diagram Pengganti Saluran Transmisi ... 57
3.3.1 Saluran Pendek ... 57
3.3.2 Saluran Menengah ... 57
3.3.2.1 Nominal T ... 58
3.3.2.2 Nominal PI ... 58
3.4 Saluran Panjang ... 63
3.5 Variasi Tegangan dan Arus Sepanjang Kawat ... 67
3.6 Keadaan Khusus ... 68
3.7 Panjang Gelombang ... 69
3.8 Ekivalen PI Dan T ... 70
3.9 Saluran Transmisi Panjang dan Daya Karakteristik... 72
3.9.1 Harga Maksimum Β L ... 74
3.9.2 Pemilihan Tegangan Kerja ... 77
3.9.3 Memperbesar Daya Natural ... 77
~ vii ~
BAB IV KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI ... 81
4.1 Rangkaian Kutub Empat ... 81
4.2 Saluran Transmisi Sebagai Kutub Empat ... 82
4.2.1 Saluran Pendek ... 82
4.2.2 Saluran Menengah ... 82
4.2.2.1 Nominal T ... 82
4.2.2.2 Nominal PI ... 83
4.2.3 Saluran Panjang ... 84
4.3 Sifat Kutub Empat ... 85
4.3.1 Kutub Empat Simetri ... 85
4.4 Dua Kutub Empat Dalam Seri dan Parelel ... 86
4.4.1 Hubungan Seri ... 86
4.4.2 Hubungan Parallel ... 88
4.5 Menentukan Konstanta Umum ABCD Dengan Pengukuran ... 91
BAB V DIAGRAM LINGKARAN DAN ALIRAN DAYA PADA SALURAN TRANSMISI ... 95
5.1 Persamaan Vector dari Lingkaran Pendahuluan ... 95
5.1.1 Persamaan Vector dari Lingkaran Bentuk Linier ... 95
5.2 Persamaan Vector Lingkaran Bentuk Linier ... 95
5.3 Diagram Lingkaran Daya ... 96
5.3.1 Diagram Lingkaran Daya Pada Ujung Beban ... 97
5.3.2 Diagram Lingkaran Daya Pada Ujung Kirim ... 97
5.4 Diagram Lingkaran Rugi-Rugi Konstan ... 101
5.5 Diagram Lingkaran Efisiensi Konstan ... 103
5.6 Aliran Daya Pada Saluran Transmisi ... 106
5.7 Koreksi Faktor Daya ... 108
BAB VI KAPASITAS HANTAR ARUS ... 117
6.1. Kapasitas Penyaluran Kawat ... 117
6.2. Korona ... 119
6.2.1 Sifat Korona ... 120
6.2.2 Manifestasi Korona ... 122
6.2.3 Faktor-Faktor Yang Mempengaruhi Korona ... 123
6.2.4 Rugi Korona ... 128
6.2.5 Gangguan Radio ... 132
6.2.5.1 Interferensi Radio ... 133
6.2.5.2 Interferensi Televise ... 138
~ viii ~
6.2.6 Audible Noise ... 139
6.2.7 Pemilihan Ukuran Konduktor ... 140
BAB VII KOMPENSASI PADA SALURAN TRANSMISI ... 145
7.1 Komponen Reactor Shunt ... 146
7.2 Kompensasi Seri ... 152
7.2.1 Pengaruh Kapasitor Seri Terhadap Tegangan ... 153
7.2.2 Pengaruh Kapasitor Seri Terhadap Penyaluran Daya ... 154
7.3 Saluran Panjang Tanpa Rugi-Rugi ; Kompensasi Panjang Gelombang ... 155
7.4 Saluran Panjang Tanpa Kompensasi ... 156
7.5 Kompensasi Reactor Shunt ... 156
7.5.1 Pengaruh Kompensasi Shunt Terhadap Tegangan ... 157
7.5.2 Pengaruh Reaktor Shunt Terhadap Penyaluran Daya ... 157
7.6 Komponen Seri ... 159
BAB VIII PERENCANAAN SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI ... 163
8.1 Penentuan Jarak-Jarak Antara Kawat- Kawat ... 163
8.1.1 Persamaan Persey H Thomas ... 163
8.1.2 Persamaan Safety code ... 163
8.1.3 Persamaan VDE ... 163
8.2. Tinggi Kawat di Atas Tanah ( Ground Clereance) ... 164
8.2.1 Jumlah Isolator ... 164
8.2.2 Perhitungan Tegangan Tarik Andongan ... 164
8.3. Persamaan Garis Rantai ... 165
8.4. Kawat Di Bentang Pada Titik Tumpu Yang Tidak Sama Tinggi ... 167
8.5 Pengaruh Pengaruh Luar ... 169
8.5.1 Pengaruh Temperatur Pada Kawat ... 169
8.5.1.2 Pengaruh Tekanan Angin ... 170
8.6 Perhitungan Tegangan dan Andongan ... 171
8.6.1 Perhitungan Biasa... 171
8.6.2 Pemecahan Persamaan Tegangan Secara Grafik ... 173
8.6.3 Perhitungan Tegangan dan Andongan dengan Grafik Thomas ... 173
8.6.4 Perhitungan Tegangan dengan Komputer ... 174
8.7 Pengukuran Andongan dengan Gelombang ... 175
8.8 Mal Andongan ... 176
8.8.1 Penampang Kawat Optimum ... 177
Daftar Pustaka ... 179
Lampiran ... 181
~ ix ~
DAFTAR GAMBAR
GAMBAR 1.1 Sistem Penyaluran Tenaga Listrik ... 1
GAMBAR 1.2 Isolator Pasak Tunggal... 7
GAMBAR 1.3 Isolator Jenis Clevis dan Jenis Ball and Socket ... 8
GAMBAR 1.4 Isolator Batang Panjang ... 8
GAMBAR 1.5 Isolator Tonggak Pin... 9
GAMBAR 1.6 Jenis Isolator ... 11
GAMBAR 1.7 Kabel Hantaran Udara Jenis ACSR ... 12
GAMBAR 1.8 Kabel Hantaran Udara Jenis AAAC dan AAC ... 12
GAMBAR 1.9 Kabel Hantaran Udara Jenis ACAR ... 13
GAMBAR 1.10 Konstruksi Kabel Laut Merk BICC ... 14
GAMBAR 1.11 Menara Transmisi ... 16
GAMBAR 1.12 Ruang Bebas SUTT 66 kV dan 150 kV Menara ... 17
GAMBAR 1.13 Ruang Bebas SUTT 66 kV dan 150 kV Tiang Baja ... 17
GAMBAR 1.14 Ruang Bebas SUTT 275 kV dan 500 kV Sirkit Ganda ... 19
GAMBAR 1.15 Ruang Bebas SUTT 275 kV dan 500 kV Sirkit Tunggal ... 19
GAMBAR 1.16 Jenis- jenis Menara ... 20
GAMBAR 2.1 Penampang Kawat dengan Kawat Balik Sangat Jauh, Radius Kawat ... 25
GAMBAR 2.2 Sepotong Kawat dari Kawat Panjang ... 27
GAMBAR 2.3 Penampang Kawat dengan Radius r1 Dilalui Arus i1 ... 27
GAMBAR 2.4 Kawat Balik Dekat dengan Kawat Pertama ... 29
GAMBAR 2.5 Penghantar yang Terdiri dari n Kawat ... 32
GAMBAR 2.6 Penghantar X Terdiri dari n Kawat dan Penghantar Y terdiri dari m Kawat ... 34
GAMBAR 2.7 Trasposisi Saluran Transmisi Tiga fasa yang Tidak Simetris ... 40
GAMBAR 2.8 Penampang dari Rangkaian Tiga Fasa ... 45
GAMBAR 2.9 Kapasitans dari Tiap Kawat Terhadap Netral ... 46
GAMBAR 2.10 Saluran Konduktor dari Suatu Saluran Ganda Tiga Fasa ... 50
GAMBAR 3.1 Representasi Saluran Transmisi Satu Fasa... 55
GAMBAR 3.2 Diagram Pengganti Saluran Pendek ... 57
GAMBAR 3.3 Diagram Pengganti Saluran Menengah Nominal T... 58
GAMBAR 3.4 Diagram Pengganti Saluran Menengah, Nominal PI... 58
GAMBAR 3.5 Saluran Panjang ... 63
GAMBAR 3.6 Kurva Daya-sudut ... 74
GAMBAR 4.1 Kutub Empat ... 81
GAMBAR 4.2 Saluran Transmisi Pendek ... 82
GAMBAR 4.3 Nominal T Saluran Menengah ... 82
GAMBAR 4.4 Nominal PI Saluran Menengah ... 83
~ x ~
GAMBAR 4.5 Kutub Empat Ujung Bebas di Hubung Singkat ... 85
GAMBAR 4.6 Kutub Empat Ujung Kirim di Hubung Singkat ... 85
GAMBAR 4.7 Hubungan Seri Dua Buah Kutub Empat ... 86
GAMBAR 4.8 Hubungan Paralel Dua Buah Kutub Empat ... 88
GAMBAR 5.1 Diagram Lingkaran ... 95
GAMBAR 5.2 Diagram Lingkaran Daya Pada Ujung Beban ... 98
GAMBAR 5.3 Diagram Lingkaran Daya Pada Ujung Kirim... 98
GAMBAR 5.4 Diagram Lingkaran Daya Rugi-Rugi Konstan ... 103
GAMBAR 5.5 Diagram Lingkaran Daya Efisiensi Konstan ... 106
GAMBAR 5.6 Saluran Transmisi Dengan Konstanta Umum ABCD ... 106
GAMBAR 5.7 Saluran Transmisi dengan Koreksi Factor Daya ... 108
GAMBAR 5.8 Perbaikan Factor Daya Dengan Kapasitor Statis ... 108
GAMBAR 6.1 Dasar Korona Negatif dan Daerah Dalam Celah Khusus Dengan Jari-Jari 0,06 mm ... 121
GAMBAR 6.2 Pengujian Korona Pada Konduktor di Laboratorium ... 123
GAMBAR 6.3 Pengujian Korona Pada 500 kV Triple-Konduktor Pada Ketinggian Tegangan 60 Hz Untuk Penyelidikan Gambar Korona ... 124
GAMBAR 6.4 Pengujian Korona Pada Jaringan Dengan 4 Buah Ikatan Konduktor ... 125
GAMBAR 6.5 Kurva Rugi Korona ... 131
GAMBAR 6.6 Jalur Yang Dilalui Energi Interferensi dari Sumber ke Penerima Radio ... 131
GAMBAR 6.7 Keluhan Interferensi Radio dan Televisi Selama Tahun 1959 – 1975 Di Bandingkan Dengan Jumlah Pelanggan ... 133
GAMBAR 6.8 Nilai Khusus Diameter Konduktor Yang Menghasilkan Tingkat Interferensi ... 134
GAMBAR 6.9 Perbandingan Terukur dari Profil RN Cuaca Cerah dan Perhitungan Profil RN Hujan Deras Pada Saluran 735 kV ... 135
GAMBAR 6.10 Fungsi Eksitasi Radio Interferensi Dalam Hujan Deras Dari Bundle Yang Berbeda Sebagai Fungsi Dari Maksimum Permukaan Gradient ... 136
GAMBAR 6.11 Spektrum Frekuensi Gangguan Suara Selama Hujan ... 137
GAMBAR 6.12 Perbandingan Saluran Antara Hasil Audible Noise Dengan Test Saluran di Bawah Hujan Alami ... 139
GAMBAR 7.1 Diagram Satu Garis Saluran Yang Dikompensasikan Dengan Kapasitor Seri ... 146
GAMBAR 7.2 Diagram Satu Garis Saluran Yang Di Kompensasikan Dengan Kapasitor Seri ... 153
GAMBAR 7.3 Kapasitor Seri Disisipkan Antara Dua Seksi Yang di
Kompensasi Dengan Reaktor Shunt ... 159
~ xi ~
GAMBAR 8.1 Sepotong Kawat Di Tumpu Pada Titik Yang Sama Tingginya .... 165
GAMBAR 8.2 Kawat Digantung Pada Titik Tumpu Yang Tidak Sama Tinggi ... 167
GAMBAR 8.3 Grafik Persamaan Linier ... 173
GAMBAR 8.4 Lengkung Andongan dan Lengkung Panjang Kawat ... 174
GAMBAR 8.5 Pemecahan Persamaan Dengan Metode Newton ... 175
~ xii ~
DAFTAR TABEL
Tabel 1.1 Penandaan Paduan Aluminium ... 13
Tabel 1.2 Tipe dan fungsi tower 150 kV ... 15
Tabel 1.3 Tipe dan fungsi tower 500 kV ... 15
Tabel 2.1 Harga-harga T0 dan untuk bahan konduktor standart ... 24
Tabel 2.2 Resistivitas dari bahan konduktor stanart untuk berbagai temperature ... 24
Tabel 6.1 Tekanan standart barometrik sebagai fungsi ketinggian ... 126
1
BAB SATU
UMUM
~ 1 ~
BAB I UMUM
Pembangunan Pusat Pembangkit tenaga listrik dengan kapasitas tenaga listrik yang besar seperti PLTA, PLTU,PLTG, PLTGU dll, memerlukan banyak persyaratan terlebih lagi dengan lokasi pembangkit yang biasanya tidak selalu dekat dengan pusat beban/ konsumen, seperti pusat kota, kawasan industri dan lainnya, akibat nya listrik harus disalurkan melalui :
a. Transmisi daya listrik b. Gardu Induk
c. Saluran dsitribusi.
Jika salah satu system mengalami gangguan maka akan berdampak pada bagian sietem transmisi yang lainnya, dimana antara saluran transmisi, Gardu distribusi adalah satu kesatuan, seperti tampak pada gambar.
Gambar 1.1. Sistem Penyaluran Tenaga Listrik
Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) dan Saluran Udara Tegangan Extra Tinggi (SUTET) adalah sarana untuk menyalurkan energi listrik dari pusat beban dengan menggunakan saluran tegangan tinggi maupun saluran Extra Tinggi.
1.1. Jaringan Transmisi.
Transmisi itu sendiri mempunyai arti, yaitu ; menyalurkan energi dari tempat satu ketempat yang lain. Sedangkan saluran transmisi adalah menyalurkan energi listrik dari suatu pembangkit sampai ke beban. Transmisi merupakan bagian dari komponen sitem tenaga listrik yang paling mendukung karena merupakan komponen penyalur energi listrik dari pembangkit ke distribusi.
BAB I UMUM
2
UMUM.
Penyaluran tenaga listrik ini mempunyai peranan penting dalam menyuplai tenaga listrik kekonsumen, hal ini dikarenakan apabila terjadi gangguan pada penyaluran tenaga listrik maka dapat mengakibatkan kerugian baik pada konsumen maupun pada PLN sendiri.
Dalam sistem tenaga listrik terdapat dua kategori saluran transmisi, yaitu : 1) Saluran Udara (overhead line)
Menyalurkan tenaga listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada tiang-tiang tansmisi dengan perantaraan isolator-isolator.
2) Saluran bawah tanah ( underground line )
Menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang ditanam di bawah permukaan tanah.
Banyaknya pertimbangan-pertimbangan mengenai efek dari pemakaian saluran transmisi udara maupun bawah tanah maka dipilihlah saluaran udara (overhead line) karena banyak memiliki keuntungan dari pada saluaran bawah tanah, diantaranya biaya perawatan ringan, mudah mendeteksi gangguan.
1.2. Jenis Saluran Transmisi
Menurut jenis arusnya dikenal sistem arus bolak-balik (AC = Alternating Current) dan sistem arus searah (DC = Direct Current). Pada umumnya jenis arus yang dipakai di dunia adalah arus bolak-balik, karena sistem AC penaik dan penurun tegangan mudah dilakukan yaitu dengan menggunakan transformator. Di dalam sistem AC ada sistem satu fasa dan tiga fasa, system tiga fasa mempunyai kelabihan dibandingkan dengan system satu fasa karena :
a) Daya yang disalurkan lebih besar
b) Nilai sesaat ( instantaneous value) konstan c) Mempunyai medan magnit putar
Hampir seluruh penyaluran tenaga listrik di dunia dewasa ini menggunakan meenggunakan system arus bolak-balik (AC), tetapi akhir –akhir ini transmisi AC juga sudah mulai dikembangkan, keuntungan penyaluran DC antara lain siste isolasinya lebih sederhana, effisiensi lebih tinggi, serta tidak ada masalah stabilitas, sehingga dimungkinkan untuk penyaluran jarak jauh, tetapi persoalan ekonomis juga harus di perhitungkan, ekonomis jika digunakan untuk transmisi jarak jauh diatas 600 km atau untuk saluran bawah tanah diatas 50 km, ini disebabkan biaya peralatan pengubah tegangan AC-DC atau sebaliknya DC-AC masih sangat mahal.
1.3. Tegangan Transmisi.
Untuk tegangan transmisi di Indonesia, pemerintah telah menyeragamkan deretan tegangan yaitu :
a) Tegangan Nominal : 6 kV, 20 kV, 30 kV b) High Voltage : 70 kV – 150 kV
c) Tegangan Ekstra tinggi (EHV = Extra High Voltage) : 500 kV – 750 kV d) Ultra High Voltage (UHV) : diatas 750 kV
UMUM.
3
Untuk daya yang sama, maka daya guna penyaluran akan naik karena rugi-rugi transmisi turun, jika tegangan transmisi di naikkan maka konsekuensinya adalah masalah kenaikan biaya isolasi dan peralatan gardu induk, oleh karena itu pemilihan tegangan transmisi dilakukan dengan memperhitungkan daya yang disalurkan, jumlah rangkaian, jarak penyaluran, tingkat keandalan, biaya peralatan untuk tegangan tertentu, serta tegangan sekarang yan ada serta tegangan yang akan di rencanakan, penentuan tegangan harus juga dilihat dari standarisasi peralatan yang ada, penentuan tegangan merupakan bagian dari perencanaan system secara keseluruhan.
1.4. Komponen – komponen utama saluran transmisi udara : 1.4.1. ISOLATOR
Isolasi berfungsi untuk memisahkan bagian bagian yang mempunyai beda tegangan agar supaya diantara bagian bagian tersebut tidak terjadi lompatan listrik (flash-over) atau percikan (spark-over). Kegagalan isolasi pada peralatan tegangan tinggi yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinyuitas sistem menjadi terganggu. Dari beberapa kasus yang terjadi menunjukkan bahwa kegagalan isolasi ini berkaitan dengan adanya partial discharge. Partial discharge ini dapat terjadi pada material isolasi padat, material ioslasi cair dan juga material isolasi gas. Mekanisme kegagalan pada material isolasi padat meliputi kegagalan asasi (intrinsik), elektro mekanik, streamer, termal dan kegagalan erosi. Pada material isolasi gas kegagalan terutama disebabkan oleh mekanisme Townsend dan mekanisme streamer. Sedangkan kegagalan pada material isolasi cair disebabkan oleh adanya kavitasi, adanya butiran pada zat cair dan tercampurnya material isolasi cair. Kegagalan material isolasi cair (Minyak Transformator) akan dijelaskan lebih lanjut.
Isolasi memiliki peranan yang sangat penting dalam sistem tenaga listrik. Isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan. Bahan isolasi akan mengalami pelepasan muatan yang merupakan bentuk kegagalan listrik apabila tegangan yang diterapkan melampaui kekuatan isolasinya. Kegagalan yang terjadi pada saat peralatan sedang beroperasi bisa menyebabkan kerusakan alat sehingga kontinuitas sistem terganggu.
Udara merupakan bahan isolasi yang banyak digunakan pada peralatan tegangan tinggi misalnya pada arrester sela batang yang terpasang di saluran transmisi, selain itu udara juga digunakan sebagai media peredam busur api pada pemutus tenaga (CB = Circuit Breaker).
Sementara bahan isolasi cair banyak digunakan sebagai isolasi dan pendingin pada trafo karena memiliki kekuatan isolasi lebih tinggi. Hasil pengujian menunjukkan bahwa nilai tegangan tembus yang terjadi pada media isolasi udara dan minyak cenderung meningkat seiring pertambahan jarak sela. Selain itu juga dilakukan pengujian pada minyak bekas dan minyak baru. Hasil pengujian menunjukkan tegangan tembus pada minyak baru lebih tinggi daripada minyak bekas dan tegangan tembus isolasi udara lebih kecil daripada tegangan tembus minyak.
4
UMUM.
Pada peralatan tegangan tinggi isolasi sangat diperlukan untuk memisahkan dua atau lebih penghantar listrik yang bertegangan sehingga antara penghantar-penghantar tersebut tidak terjadi lompatan listrik atau percikan.
Menurut standart VDE 0433 -2 bentuk elektroda yang digunakan dalam pengujian tegangan tembus isolasi udara adalah elektroda bola-bola dan menurut standart VDE 0370 bentuk elektroda yang digunakan dalam pengujian tegangan tembus isolasi cair adalah elektroda setengah bola.
Oleh karena itu untuk mengetahui pengaruh bentuk elektroda terhadap besarnya tegangan tembus, maka perlu dilakukan pengujian pada bentuk elektroda yang lain. Salah satu bentuk elektroda yang dapat digunakan adalah elektroda bidang-bidang. Jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin atau gelas. Jenis-jenis isolator menurut penggunaannya dan konstruksinya antara lain: isolator pasak ( pin insulator, pin post insulator, line post insulator ), isolator tarik dan isolator gantung, Isolator dipasang atau digantung pada travers ( cross arm) menara atau tiang transmisi.
1.4.2. Bahan-bahan Isolasi
Bahan isolasi yang biasa dipergunakan pada isolator saluran udara yang dioperasikan pada tegangan tinggi (di atas 1 kV) adalah bahan porselin, bahan gelas serta bahan polymer (composite).
1.4.2.1. Bahan Porselin (keramik)
Porselin terbuat dari tanah liat china (china clay) yang terdapat di alam dalam bentuk alumunium silikat. Bahan tersebut dicampur kaolin, felspar dan quarts. Kemudian campuran ini dipanaskan dalam tungku yang suhunya dapat diatur. Bahan porselin dibakar sampai keras, halus mengkilat dan bebas dari lubang-lubang.
Untuk mendapatkan sifat-sifat listrik dan sifat mekanis yang baik, harus dipilih suhu pemrosesan bahan isolasi yang sesuai, karena jika bahan isolasi diproses pada suhu yang agak rendah, sifat mekanisnya baik, tetapi bahan tetap berlubang-lubang. Sedangkan jika diproses pada suhu yang tinggi, lubang-lubangnya berkurang tetapi bahan menjadi rapuh. Isolator porselin yang baik secara mekanis mempunyai kuat dielektrik kira-kira 60 kV/cm, kuat tekan dan kuat tariknya masing-masing 70.000 kg/cm2 dan 500 kg/cm2.
Beberapa kelebihan isolator porselin/keramik antara lain:
1. Stabil, adanya ikatan ionik yang kuat antaratom yang menyusun keramik, seperti silikon dan oksigen dalam silica dan silicates, membuatnya strukturnya sangat stabil dan biasanya tidak mengalami degradasi karena pengaruh lingkungan. Ini berarti bahwa isolator keramik tidak akan rusak oleh pengaruh UV, kelembaban, aktivitas elektrik, dsb.
2. Mempunyai kekuatan mekanik yang baik, merupakan ciri alami bahwa bahan keramik mempunyai sifat mekanik yang kuat, sehingga pada pemakaian isolator porselin sebagai terminal kabel, bushing, dan arrester surja tidak memerlukan material lain untuk meyokongnya.
3. Harganya relatif murah, penyusun porselin seperti clay, feldspar dan quartz harganya relatif murah dan persediaannya berlimpah.
4. Tahan lama, proses pembuatan porselin yang terdiri dari beberapa proses seperti pencetakan dan pembakaran dalam mengurangi kadar air menyebabkan porselin mempunyai sifat awet.
UMUM.
5
Di samping kelebihan-kelebihan di atas, isolator porselin mempunyai beberapa kekurangan, yaitu:
1. Mudah pecah, isolator porselin rentan pecah pada saat dibawa maupun saat instalasi.
Vandalisme merupakan faktor utama yang yang menyebabkan isolator pecah.
2. Berat, salah satu sifat dari keramik adalah mempunyai massa yang berat. Oleh karenanya, pada isolator porselin berukuran besar dan berat biasanya mahal karena biaya yang dikeluarkan untuk pengiriman dan instalasi.
3. Berlubang akibat pembuatan kurang sempurna, berdasarkan pengalaman isolator porselin yang berlubang dapat meyebabkan terjadinya tembus internal (internal dielectric breakdown).
4. Bentuk geometri kompleks, porselin mempunyai relatif mempunyai karakteristik jarak rayap yang kecil, oleh karenanya untuk memperpanjang jarak rayap tidak dilakukan dengan memperbesar diameter atau memperpanjang isolator melainkan mendesain isolator dengan membuat shed- shed. Hal ini membuat bentuknya menjadi kompleks.
5. Mudah terpolusi, permukaan porselin bersifat hidrophilik, yang berarti bahwa permukaan porselin mudah untuk menangkap air, sehingga pada kondisi lingkungan yang berpolusi mudah untuk terbentuk lapisan konduktif di permukaannya. Hal ini yang dapat menyebabkan kegagalan isolasi yaitu flash over.
1.4.2.2. Bahan Gelas
Selain bahan porselin, bahan gelas juga banyak digunakan sebagai isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator),
karena bahan gelas mempunyai kelebihan-kelebihan sebagai berikut:
1. Kuat dielektriknya tinggi, sekitar 140 kV/cm 2. Koefesien muainya rendah
3. Midah didesain (karena kuat dielektrikanya tinggi) 4. Kuat tekannya lebih besar daripada porselin
5. Karena sifatnya yang tembus pandang, adanya keretakan, ketidakmurnian bahan, adanya gelembung udara dan pecahnya isolator mudah diketahui
6. Bahan hampir merata (homogen).
Selain keuntungan-keuntungan yang dimilikinya, isolator gelas juga mempunyai kerugian sebagai berikut:
1. Uap air mudah mengembun pada permukaannya. Oleh karena itu debu dan kotoran akan mudah mengumpul pada permukaannya, kejadian ini akan memudahkan mengalirnya arus bocor serta terjadinya flashover
2. Untuk dipergunakan pada sistem tegangan yang tinggi, gelas tidak dapat dicor dalam bentuk yang tidak beraturan, karena pendinginan yang tidak teratur akan menimbulkan tekanan dari dalam.
3. Mudah pecah, sama seperti bahan porselin, bahan gelas mempunyai sifat yang mudah pecah pula. Vandalisme merupakan penyebab utama pecahnya isolator gelas (misal ditembak).
6
UMUM.
1.4.2.3. Bahan Polimer (Composite)
Bahan polimer telah dipakai selama kurang lebih 50 tahun dan mengalami perkembangan pesat dibanding bahan lainnya. Menurut R. Hacham, pada tahun 1940 telah dipakai bisphenol epoxy resin untuk isolator dalam, cycloaliphatic epoxy untuk isolator luar (1950). Selanjutnya terjadi perkembangan pesar dalam pemakaian polimer untuk bahan isolator dan dibuat untuk skala komersial. Ethylene Propylene Rubber (EPR) dibuat oleh Ceraver, Francis (1975), Ohio Brass, USA (1976), Sedivar, USA (1977), dan Lapp, USA (1980). Silicone Rubber (SIR) dibuat oleh Rosenthal, Jerman (1976) dan Reliable, USA (1983), serta penggunaan cycloaliphatic epoxy pada jaringan transmisi di United Kingdom (1977).
Isolator komposit (composite insulator) telah digunakan di beberapa negara lebih dari tiga dekade sebagai alternatif pengganti isolator porselin dan gelas. Isolator komposit menunjukkan performansi yang bagus pada beberapa kondisi, terutama untuk daerah berpolusi.
Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator polimer:
1. Ringan, kepadatan material polimaer lebih rendah dibandingkan keranik maupun gelas, hal ini menyebabkan isolator polimer ringan, sehingga mudah dalam penanganan maupun instalasi.
2. Bentuk geometri sederhana, karena mempunyai karakteristik jarak rayap yang relatif besar emnyebabkan desain isolator polimer sederhana.
3. Tahan terhadap polusi, karena bahan polimer mempunyai sifat hidrophobik (menolak air) yang baik. Sehingga air atau kotoran lainnya akan sukar menempel pada permukaannya meskipun dioperasikan pada kondisi lingkungan yang berpolusi maka isolator polimer mempunyai ketahanan tegangan lewat-denyar yang baik.
4. Waktu pembuatan lebih singkat dibandingkan dengan isolator porselin, namun tidak mengurangi performansinya.
5. Tidak terdapat lubang karena pembuatan, karena sifat polimer yang berbeda dengan porselin dalam hal pembuatannya. Sehingga memungkinkan tidak terjadinya tembus internal.
Sedangkan kekurangan yang dimilki oleh isolator polimer adalah:
1. Penuaan/degradasi pada permukaannya (surface ageing), stress yang disebabkan antara lain karena korona, radiasi UV atau zat kimia dapat menyebabkan reaksi kimia pada permukaan polimer. Sehingga dapat merusak permukaan polimer (penuaan) yang dapat menghilangkan sifat hidrofobiknya,
2. Mahal, bahan penyusun polimer lebih mahal dibandingkan dengan porselin maupun gelas.
3. Kekuatan mekaniknya kecil, isolasi polimer biasanya tidak mampu untuk menyokong dirinya sendiri. Oleh karenanya dalam instalasi dibutuhkan peralatan lain seperti jacket (oversheath) sebagai penyokongnya.
4. Kompabilitas material, produk polimer menpunyai interface lebih dari satu sumbu bergantung pada fungsi dan desainnya. Apabila terdapat banyak interface menyebabkan pengaruh penting pada perekatnya. Oleh karenya harus diketahui dengan jelas sebelum menggunakan isolator polimer, sebab dapat menimbulkan korosi atau retakan apabila formulasinya tidak sesuai.
UMUM.
7
1.4.3. Klasifikasi Isolator Saluran Udara
Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator pasangan luar (outdoor insulator) atau isolator saluran udara (overhead insulator) diklasifikasikan menjadi: isolator pasak (pin type insulator), isolator piring (suspension insulator), isolator batang panjang (long rod insulator), isolator pos saluran (line post insulator) dan isolator pos pin (pin post insulator).
1.4.3.1. Isolator Pasak (Pin Type Insulator)
Isolator jenis ini adalah yang pertama kali dirancang untuk menopang penghantar saluran Garis patah-patah AB menunjukkan jarak rayap isolator. Jarak rayap isolator dapat diperpanjang dengan membuat sebuah atau lebih pelindung hujan (rain shed), pelindung hujan ini disebut juag petticoats atau skirt. Pelindung hujan dibuat sedemikian rupa agar pada waktu isolator basah masih terdapat jarak rayap yang kering.
Untuk pemakaian tegangan yang makin tinggi, dibutuhkan bahan isolasi yang makin tebal, akan tetapi dalam praktek tidak dapat dibuat isolator tunggal yang sangat tebal. Oleh karena itu dibuat isolator pasak yang terdiri dari beberapa 7bagian disambungkan satu sama lain dengan mempergunakan perekat semen.
Gambar 1.2. Isolator Pasak Tunggal Isolator jenis pasak dapat dipergunakan sampai 80 kV.
1.4.3.2. Isolator Piring (Suspension Insulator)
Untuk tegangan saluran yang tinggi, isolator pasak yang dibutuhkan menjadi lebih berat, desainnya rumit dan harganya mahal. Penggantian isolator yang rusak mahal, oleh karenanya isolator pasak menjadi tidak ekonomis bila digunakan pada sistem tegangan yang tinggi.
Pada sistem saluran udara tegangan tinggi, jenis isolator yang banyak dipergunakan adalah isolator piring. Sejumlah isolator piring dihubung-hubungkan secara seri dengan mempergunakan sambungan logam, membentuk satu rentengan. Sedangkan penghantar saluran dipegang oleh isolator yang terbawah.
Keuntungan-keuntungan mempergunakan isolator piring adalah:
1. Tiap isolator piring dirancang untuk tegangan yang tidak terlalu tinggi, jadi dengan menghubungkan sejumlah isolator, dapat dirancang suatu rentengan isolator sesuai dengan kebutuhan
8
UMUM.
2. Jika salah satu atau beberapa isolator dalam rentengan rusak, dapat dilakukan penggantian dengan mudah dan biaya murah
3. Rentengan isolator bersifat lentur, hal ini dapat mengurangi pengaruh tarikan mekanis.
4. Jika rentengan isolator dipasang pada menara baja, pengarub petir pada penghantar akan berkurang karena letak kawat penghantar lebih rendah daripada palang (cross arm) yang diketanahkan
5. Jika beban mekanisnya naik, misalnya karena tegangan saluran transmisi ditinggikan, dapat dipergunakan saluran ganda atau menambah jumlah isolator dalam rentengan
Sebuah isolator piring terdiri dari sebuah pirigan porselin atau gelas yang bagian bawahnya berlekuk-lekuk untuk memperbesar jarak rayap. Pada bagian atas piringan disemenkan sebuah tutup (cap) yang terbuat dari besi cor yang telah digalvanisasikan, sedangkan pada rongga bagian bawah disemenkan sebuah pasak baja yang telah digalvanisasikan.
Isolator piring dapat dibagi menjadi beberapa jenis berdasarkan cara menghubung- hubungkan tiap isolator. Saat ini jenis isolator piring yang banyak dipergunakan adalah
jenis Clevis dan jenis Ball and Socket, seperti terlihat pada
Gambar 1.3. (i) isolator piring jenis celvis (ii) Isolator piring jenis Ball and Socket
1.4.3.3 Isolator Batang Panjang (Long-rod Insulator)
Isolator batang panjang berbentuk seperti yang ditunjukkan.
Gambar 1. 4. Isolator batang panjang
Isolator jenis ini terdiri atas silinder porselin dengan kerutan-kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang disemenkan. Diameter silinder porselin dipilih menurut kekuatan mekanis yang dibutuhkan, kuat tariknya sekitar 130-140 kg/cm2.
Pemakaian isolator batang panjang menghemat logam jika dibandingkan dengan isolator rentengan isolator piring, juga lebih ringan. Oleh karena isolator batang panjang mempunyai rusuk yang sederhana, maka kotoran yang melekat pada permukaan isolator mudah dicuci oleh hujan, sehingga isolator jenis ini sesuai untuk daerah-daerah yang berpolusi.
Kekurangan utama dari isolator panjang adalah adanya kemungkinan timbulnya kerusakan yang menyeluruh oleh busur api atau oleh adanya pukulan mekanis dari luar. Dalam kasus seperti ini, isolator piring tidak akan rusak seluruhnya, bahkan adanya keretakan-keretakan pada isolator
UMUM.
9
tidak akan membuat isolator jatuh berkeping-keping, rentengan isolator masih dapat menahan beban mekanis untuk jangka waktu yang agak lama (meskipun isolator sudah rusak secara listrik).
1.4.3.4. Isolator Pos Saluran (Line Post Insulator)
Isolator jenis ini terbuat dari porselin yang bagian bawahnya diberi tutup (cap) besi cor yang disemenkan pada porselin serta pasak baja yang disekrupkan padanya. Karena jenis ini dipakai sendiri (tidak dalam gandengan) serta kekuatan mekanisnya rendah, maka isolator pos saluarantidak dibuat dalam ukuran yang besar.
1.4.3.5 Isolator Tonggak Pin (P 12,5 ET 150 L)
Isolator tonggak Pin adalah sejenis isolator pin dimana isolasi dalam keadaan terpasang di jaringandapat berhubungan (kontak) langsung dengan struktur penyanga atau melalui flat pemisah(Ring atau bagian dari Pin).
Contoh bentuk isolator Tonggak Pin seperti gambar berikut :
Gambar,1.5. isolator Tonggak pin (P 12,5 ET 150 L) Beberapa kelebihan yang dimiliki oleh isolator pos pin, antara lain:
1. Bebas dari cacat, karena semen dan tangkai besi (metal flange) dipasang di sisi luar porselin, sehingga tidak menyebabkan pemuaian.
10
UMUM.
2. Bebas dari kerusakan akibat lewat-denyar (puncture), kuat medan listrik pada isolator pos pin seragam dan lebih rendah dibandingkan dengan isolator pasak (pin type insulator). Oleh karena badan isolatornya tidak bocor, maka lewat denyar yang terjadi di luar porselin meskipun terjadi tegangan impuls secara tiba-tiba. Demikian pula pada inti isolator, terbebas dari puncture..
3. Mempunyai sifat antikontaminasi yang baik, isolator pos pin mempunyai sifat antikontaminasi yang baik dibandingkan isolator jenis lain, karena:
• mempunyai jarak rayap (creepage distance) yang terlindungi besar hingga 50% dari total jarak rayap.
• mempunyai bentuk profil yang baik, karena mampu meneteskan kontaminan dari tubuhnya
• mempunyai jarak celah udara (air gap) yang besar antara bagian dalam sirip dengan permukaan isolator, sehingga dapat menghindari terjadinya jembatan air yang terkontaminasi.
4. Tahan terhahap busur api, arus berupa busur api yang mengalir akibat lewat denyar akibat polusi dapat menyebabkan kerusakan pada permukaan isolator. Isolator pos pin bersifat mampu menahan busur api hingga circuit breaker memutus aliran daya
UMUM.
11
Gambar 1.6. Jenis Isolator 1.5. KONDUKTOR
Konduktor adalah suatu bahan yang dapat menghantarkan listrik. Fungsi penghantar pada teknik listrik adalah untuk menyalurkan energi listrik dari satu ke titik lain. Penghantar yang lazim digunakan antara lain Bahan konduktor yang paling populer digunakan adalah tembaga (copper) dan aluminium. Tembaga meinpunyai kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahan nya ialah, untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium, dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar aluminium telah menggantikan kedudukan tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik dari kawat aluminium digunakan campuran aluminium (aluminium alloy). Oleh karena itu ada beberapa macam jenis konduktor, yaitu :
AAC ( All-Aluminium Conductor)
Kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari aluminium.
AAAC (All-Aluminium-Alloy Conductor)
Kawat penghantar yang terbuat dari campuran aluminium.
ACSR (All Conductor, Stell-Reinforced)
Kawat penghantar aluminium berinti kawat baja.
ACAR (Aluminium Conductor, Alloy-Reinforced)
Kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran.
12
UMUM.
Saluran transmisi udara umumnya menggunakan konduktor jenis ACSR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced) yang memiliki batas temperatur kerja yang diijinkan sebesar 90oC.
Mempertimbangkan peningkatan kebutuhan daya listrik yang semakin pesat akhir-akhir ini, maka usaha menambah kapasitas saluran transmisi dilakukan dengan membangun saluran transmisi baru, akan tetapi diperlukan biaya yang sangat tinggi.
Dewasa ini telah dikembangkan konduktor ACCR (Aluminium Conductor Composite Reinforced). Keunggulan dari konduktor jenis ini adalah tahan terhadap panas sampai 240oC, sehingga kemampuan hantar arusnya menjadi lebih tinggi dibandingkan konduktor ACSR.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik perubahan arus saluran terhadap unjuk kerja mekanis konduktor ACCR yang meliputi tegangan tarik, panjang pemuluran dan andongan, sehingga diharapkan dari hasil penelitian ini akan berguna untuk membangun struktur konstruksi saluran transmisi yang sesuai dengan sifat konduktor ACCR.
Hasil simulasi memperlihatkan, bahwa dengan mempertahankan ROW dan tower yang ada, penggunaan konduktor ACCR dapat meningkatkan kapasitas penyaluran sistem transmisi sekitar 100 % dibanding konduktor ACSR. Pada bab ini disampaikan pula beberapa bahan yang masih ada relevansinya. Sifat dan karakteristik bahan penghantar yang dibahas lebih bersifat umum tidak mengarah lebih spesifik pada ilmu bahan. Hal ini disesuaikan dengan aplikasi dilapangan yang lebih mengarah pada pada kenaikan temperatur dan sifat jenis bahan tersebut.
Gambar 1.7 Kabel Hantaran Udara Jenis ACSR
Gambar 1.8 Kabel Hantaran Uudara jenis AAAC dan AAC
UMUM.
13
Gambar 1.9 Kabel Hantaran Udara Jenis ACAR 1.5.1. Aluminium
Aluminium murni mempunyai massa jenis 2,7 g/ cm3, nya 1,4.105, titik leleh 6580C dan titik korosif.
Daya hantar aluminium sebesar 35 m/ ohm . mm2 atau kira-kira 61,4 % daya hantar tembaga.Aluminium murni mudah dibentuk karena lunak, kekuatan tariknya hanya 9 kg/ mm2. Untuk itu jika aluminium digunakan sebagai penghantar yang dimensinya cukup besar, selalu diperkuat dengan baja atau paduan aluminium. Penggunaan yang demikian misalnya pada : ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced), ACAR (Aluminium Conductor Alloy Reinforced).
Penggunaan aluminium yang lain adalah untuk busbar dan karena alasan tertentu misalnya, karena alasan ekonomi, dibuat penghantar aluminium yang berisolasi, misalnya : ACSR OW. Menurut ASA (American Standard Association), paduan aluminium diberi penandaan seperti ditunjukkan pada tabel 1.
Tabel.1.1
Penandaan Paduan Aluminium
No Bahan Paduan
1 Aluminium, kemurnian minimum 99% 1 xxx Paduan yang mayoritas terdiri dari :
2 Tembaga 2 xxx
3 Mangan 3 xxx
4 Silikon 4 xxx
5 Magnesium 5 xxx
6 Mangnesium dan silikon 6 xxx
7 Seng 7 xxx
8 Lain-lain 8 xxx
9 Seri-seri yang tak digunakan 9 xxx Contoh :
Penandaan 1045 untuk aluminium tempa, berarti : a. 1 xxx menunjukkan kemurnian aluminium 99 %
b. x 0 xx tidak ada pemeriksaan terhadap sisa pengotoran 1 % - 0,45 % = 0, 55 %.
c. xx 45 menunjukkan 99,45 % bahan tersebut terbuat dari aluminium.
Penandaan 6050 untuk aluminium tempa, berarti :
a. 6 xxx menunjukkan aluminium dengan campuran mayoritas Si dan Si.
b. x 0xx tidak ada pemeriksaan terhadap pengotoran 1 % - 0,5 % = 0,5 %
c. xx45 menunjukkan bahan tersebut terbuat dari paduan magnesium dan silikon 99,5 %.
14
UMUM.
Gambar 7 Konstruksi kabel XLPE
Gambar 1.10. Konstruksi Kabel Laut merk BICC 1.6. MENARA TRANSMISI
Menara atau tiang transmisi adalah suatu bangunan penopang saluran transmisi, yang biasa berupa menara baja, tiang baja, tiang beton bertulang dan tiag kayu. Tiang - tiang baja, beton atau kayu umumnya digunakan pada saluran - saluran dengan tegangan kerja relatip rendah (di bawah 70 KV) sedangkan untuk saluran transmisi tegangan tinggi atau ekstra tinggi digunakan menara baja. Menara baja dibagi sesuai dengan fungsinya, yaitu : menara dukung, menara sudut, menara ujung, menara percabangan dan menara transposisi.
Menara transmisi tidak lepas dari sistem distribusi tenaga listrik, menara transmisi ini berguna untuk membantu menyalurkan tenaga listrik dari pusat pembangkit ke konsumen. Menara transmisi ini berupa bangunan, yang bisa berupa menara baja, tiang baja, tiang beton bertulang dan tiang kayu. Tiang–tiang baja, beton atau kayu umumnya digunakan pada saluran-saluran dengan tegangan kerja relatip rendah (dibawah 70 KV) sedangkan untuk saluran transmisi tegangan tinggi digunakan menara baja.
UMUM.
15
Tabel 1.2. Tipe dan fungsi Tower 150 kV
Tabel 1.3. Tie dan fungsi Tower 500 kV
1.6.1. Menara Baja
Menara baja adalah bangunan tinggi terbuat dari baja yang bagian-bagian kakinya mempunyai pondasi sendiri-sendiri, sedang tiang baja mempunyai satu pondasi untuk semua bagian kakinya.
Menurut fungsinya menara baja dibagi menjadi lima bagian yaitu:
1. Menara dukung
Menara dukang diterapkan bila sudut mendatar kurang dari 3o 2. Menara sudut
• Menara sudut kecil (di terapkan bila sudut mendatar kurang dari 200
• Menara sudut besar (di terapkan bila sudut mendatar kurang dari 300 3. Menara ujung
Menara ujung digunakan untuk merentangkan kawat di ujung 4. Menara percabangan
Menara ini di gunakan untuk memperkuat tegangan kawat 5. Menara transportasi
16
UMUM.
1.6.2. Tiang baja.
Dalam saluran transmisi tiang baja dibagi menjadi tiang persegi, tiang segi tiga, tiang pipa baja dan tiang panzer. Jenis tiang yang paling banyak di sukai adalah tiang persegi, karena lebih kuat. Tiang–tiang baja segitihga adalah konstruksi yang terdiri dari tiga kaki yang mempunyai baigan-baigan segi tiga sama sisi dan diagonal-diagonal seoerti pada tiang persegi. Tiang-jenis ini dipakai pada kawat transmisi yang bebanya ringan. Tiang pipa baja dibuat dari pipa baja dengan penampang bulat. Tiang panzer terbuat dari plat-plat baja tipis yang dipasang ditempat dengan penopang tiang.
1.6.3. Tiang Beton Bertulang
Tiang beton bertulang Menurut cara pembuatannya diklaisfikasikan dalam pembuatan dipabrik atau pembuatan setempat. Tiang beton bertulang menurut cara menghimpunnya, diklaisfikasikan sebagai tiang tunggal, tiang jenis H, tiang jenis A dan tiang jenis gerbang-kuil.
1.6.4. Tiang Kayu
Ada beberapa keuntungan memakai tiang kayu dibandingkan dengan yang lain diantaranya:
• Penanganannya sangat sederhana dan harganya yang jauh lebih murah, oleh karena itu maka penggunaannya sangat direkomendasikan diIndonesia
• Kayu merupakan isolasi yang baik terhadap petir
Gambar 1.11. Menara Transmisi
UMUM.
17
Gambar 1.12 : Ruang bebas SUTT 66 kV dan 150 kV menara Keterangan:
L : Jarak dari sumbu vertikal tiang ke konduktor H : Jarak horizontal akibat ayunan konduktor I : Jarak bebas impuls petir
C : Jarak bebas minimum vertikal
D : Jarak andongan terendah ditengah gawang (antara dua menara)
Gambar 1.13 . Ruang bebas SUTT 66 kV dan 150 kV tiang baja
18
UMUM.
Keterangan:
L : Jarak dari sumbu vertikal tiang ke konduktor H : Jarak horizontal akibat ayunan konduktor I : Jarak bebas impuls petir
C : Jarak bebas minimum vertikal
D : Jarak andongan terendah ditengah gawang (antara dua menara)
Gambar 1.14 . Ruang bebas SUTT 275 kV dan 500 kV sirkit ganda Keterangan:
L : Jarak dari sumbu vertikal tiang ke konduktor H : Jarak horizontal akibat ayunan konduktor I : Jarak bebas impuls petir
C : Jarak bebas minimum vertikal
D : Jarak andongan terendah ditengah gawang (antara dua menara)
UMUM.
19
Gambar 1.15 . Ruang bebas SUTT 275 kV dan 500 kV sirkuit tunggal Keterangan:
L : Jarak dari sumbu vertikal tiang ke konduktor H : Jarak horizontal akibat ayunan konduktor I : Jarak bebas impuls petir
C : Jarak bebas minimum vertikal
D : Jarak andongan terendah ditengah gawang (antara dua menara)
20
UMUM.
Gambar 1.16. Jensi-jenis Menara
UMUM.
21
Latihan soal
1. Sebutkan jenis dan macam saluran transmisi berdasar tegangan yang di gunakan di Indonesia.
2. Sebutkan masing –masing kegunaan dari jenis isolator
3. Jelaskan kegunaan dari macam-macam isolator hantaran udara.
4. Jelaskan fungsi dari masing-masing tiang transmisi.
5. Gambarkan dan jelaskan bagian-bagian dari kabel bawah tanah tipe OF 6. Sebutkan macam-macam bahan isolator yang digunakan
7. Menurut fungsinya menara baja dibagi menjadi berapa bagian bagian sebutkan fungsinya masing-masing.
8. Apa yang dimaksud dengan Jarak bebas impuls petir 9. Apa yang dimaksud dengan Jarak bebas minimum vertikal
10. Apa yang dimaksud dengan Jarak dari sumbu vertikal tiang ke konduktor 11. Apa yang dimaksud dengan Jarak horizontal akibat ayunan konduktor
22
UMUM.
23
BAB DUA
KARAKTERISTIK LISTRIK DARI
SALURAN TRANSMISI
~ 23 ~
BAB II
KARAKTERISTIK LIISTRIK DARI SALURAN TRANSMISI
Yang dimaksud dengan karakteristik listrik dan saluran transmisi ialah konstanta saluran yaitu : tahanan ( R), Induktansi ( L), konduktansi ( G) dan kapasitansi ( C), pada saluran udara konduktansi (G) sangat kecil sehingga dengan mengabaikan konduktansi G itu perhitungan, akan jauh lebih mudah dan pengaruh nya masih dalam batas-batas yang diabaikan.
2.1. Tahanan ( R )
Tahanan suatu konduktor ( penghantar) diberikan oleh :
A R
= ρ
lDengan :
ρ =
resistivitas(
tahanan jenis bahan)
l = panjang kawatA = luas penampang.
Dalam tabel yang tersedia sering kita jumpai penampang kawat dalam satuan “CM” ( Circullar Mill), defenisi CM adalah penampang kawat yang mempunyai diameter 1 mil ( 1/1000 inch), bila penampang kawat diberikan dalam mm2 , maka penampang kawat dalan CM adalah :
CM = 1973 x ( penampang dalam mm2 mm2 = 5,067 x 10 -4 x ( Penampang kawat)
karena pada umumnya kawa t- kawat penghantar terdiri dari kawat pilin ( stranded conductors), maka sebagai faktor koreksi untuk memperhitungkan pengaruh dari pilin tersebut panjang kawat dikalikan 1,02 ( 2 % faktor koreksi )
tahanan kawat berubah oleh temperatur dalam batas temperatur 100 Csampai 1000C, maka untuk kawat tembaga dan alluminium berlaku persamaan :
Rt2
=
Rt1[ 1 + α
t2(
t2−
t1) ]
Dengan : Rt 2 = tahanan pada temperatur 2 RT 1 = tahanan pada temperatur 1
Jadi ,
Dimana :
Atau :
Jelas kelihatan bahwa - ialah temperature dimana tahanan kawat akan menjadi nol, bila persamaan linier yang sama berlaku untuk daerah temperatur itu. Dan bila ini benar maka -
BAB II
KARAKTERISTIK LIISTRIK DARI SALURAN TRANSMISI
24 KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI
adalah sama dengan temperature absolute - 2730 C,untuk tembaga ( Cu) yang mempunyai konduktivitas 100 % koofisien temperature dari tahanan pada suhu 200 C adalah
20 = 0,00393 Atau : T0 =
Untuk konduktivitas lain dari tembaga berubah langsung denan konduktivitasnya , jadi untuk konduktivitas 97,5 %
20 = 0,00383 dan T0 = Untuk alluminium (Al) dengan konduktivitas 61 %
20 = 0,00403 dan T0 =
Pada table dibawah ini di berikan harga-harga untuk T0 dan untuk bahan konduktor standart.
Tabel 2.1. Harga-harga T0 dan untuk bahan konduktor standart Material T00C Koefisien temperatur dari tahanan x 10-3
0 20 25 50 75 90 100
Cu 100 % 234,5 4,27 3,93 3,85 3,52 3,25 3,18 2,99 Cu 97,5 % 241,0 4,15 3,83 3,76 3,44 3,16 3,12 2,93 Al 61 % 228,1 4,38 4,03 3,95 3,60 3,30 3,25 3,05
Dalam table berikut ini di berikan resistivitas dari bahan konduktor standart untuk berbagai temperature.
Tabel 2.2 Resistivitas dari bahan konduktor standart untuk berbagai temperatur.
Material Mikro –ohm – cm
Cu 100 % 1,58 1,72 1,75 1,92 2,09 2,12 2,26
Cu 97,5 % 1,63 1,77 1,80 1,97 2,14 2,18 2,31
Al 61 % 2,60 2,83 2,89 3,17 3,46 3,51 3,74
Tahanan arus searah yang diperoleh dari perhitungan diatas harus dikalikan dengan factor : 1,0 = untuk konduktor padat
1,01 + untuk konnduktor pilin yang terdiri dari lapis (strand) 1,02 + untuk konnduktor pilin yang lebih dari lapis
Contoh soal :
Hitunglah tahanan DC dari sebuah konduktor 253 mm2 ( 500.000 cm) dalam ohm per km pada 250 C, misalkan Cu 97,5 %
Dari table 2 dapat diperoleh :
= 1,8 mikro-ohm-cm l = 1 km = 105 cm A = 253 mm2 x 10-2 cm2
= 1,8 x
Dengan memperhitungkan pengaruh lapisan ( biasanya konduktor terdiri dari lebih 3 lapis)
KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI 25 Contoh 2.
Tentukan tahanan DC daari ACSR 403 mm2 ( 795.000 cm ) pada 250 C, ACSR ialah konduktor alluminium yang mempunyai inti besi yang gunanya ntuk mempertinggi kekuatan tarik, penampang konduktor (403 mm2) tidak termasuk penampang baja, jadi hanya penampang Al saja, jadi untuk Al konduktivitas 61 % maka tahana DC nya
2.2. Induktansi dan Reaktansi Induktif dari Rangkaian fasa Tunggal.
Dalam penurunan rumus untuk induktansi dan reaktansi induktif dari suatu koduktor biasanya diabaikan dua factor yaitu :
a. Efek kulit ( skin effect) b. Efek sekitar ( Proximity effect)
Efek kulit ialah gejala pada arus bolak-balik, bahwa kerapatan arus dalam penampang konduktor tersebut makin besar kea rah permukaan kawat, tetapi jika hanya meninjau frekuensi kerja ( 50 Hz) maka pengaruh skin effect sangat kecil dan dapat diabaikan.
Efek sekitar ialah pengaruh dari kawat lain yang berada di samping kawat pertama ( yg ditinjau) sehingga distribusi fluks tidak simetris lagi, tetapi bila radius konduktor kecil terhadap jarak antara keduanya maka efek sekitar dapat diabaikan.
2.3. Fluks magnit pada suatu kawat panjang.
kawat balik berada di tempat yang sangat jauh. Jika suatu kawat yan panjang, lurus, bulat,uniform, dengan kawat balik berada di tempat yang sangat jauh gambar 3.
Gambar 2.1. Penampang kawat dengan kawat balik sangat jauh, radius kawat
26 KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI
Maka gaya gerak magnit ( magneto motve force) :
Dimana :
= besar intensitas medan magnit , lilitan-ampere per meter ds = panjang elemen sepanjang jalan , meter
i1 = gaya gerak magnit , lilitan-ampere.
Oleh karena hanya ada satu kawat dikelilingi oleh medan magnit, jadi hanya ada satu lilitan (turn) maka ggm, dalam lilitan ampere sama dengan besar arus pada kawat itu. Karena kawat balik sangat jauh mak intensitas medan magnit sepanjang jalan yang dipilih konstan ( tidak ada prodimity effect) jadi :
Jika jalan yang dipilih itu radius nya y1 maka :
Atau : Sebutlah : Dimana :
Sebut = permeabilitas hampa udara
= 1 ( system c.g.s)
Guna menghindari terjadinya perubahan harga permeabilitas pada tiap-tiap material ( bahan) maka permeabilitas dari bahan-bahan itu dinyatakan sebagai perkalian 2 faktor yaitu :
Dengan ;
2.4. Fluks magnit.
Kerapatan fluks magnit di luar kawat :
Dimana
KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI 27 Gambar 2.2 Sepotong kawat dari kawat panjang
Pandanglah sepotong kawat dengan panjang h, sebagai bagian dari kawat yang sangat panjang.
Fluks total antara permukaan kawat dan suatu silinder konsentris dengan radius D1
………..…… ( 2.10)
Radius D1 pada persamaan 2.10 besar kelak akan dibiarkan menjadi harga tak terhingga.
2.4.1. Fluks Lingkup ( Fluks Linkage)
Karena fluks melingkari kawat hanya sekali,jadinya hanya ada satu lilitan maka fluks lingkup λe hasil dari fluks tadi sama dengan fluks itu sendiri jadi :
2.4.2 Fluks di dalam Kawat
Pandanglah garis – garis fluks dengan radius y1 dengan arus iy, yaitu sebagian arus dari i1 yang berada dalam radius y1
Gambar 2.3. Penampang kawat dengan radius r1 dilalui arus i1
h
28 KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI
Dimana adalah permeabilitas relative dari kawat.
Bila arus dalam kawat berada dalam keadaan mantap (steady) dan efek kulit diabaikan, maka distribusi arus akan rata ( uniform)
fluks lingkupyang dihasilkan oleh
Jumlah fluks lingkup dalam kawat :
Jadi jumlah fluks lingkup kawat 1 yang disebabkan oleh arus nya sendiri :
KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI 29 2.4.3. Fluks lingkup kawat bila kawat balik dekat dengan kawat tersebut :
Gambar 2.4. Kawat balik dekat dengan kawat pertama
Sekarang pandanglah bila ada kawat kedua berada dekat dan parallel dengan kawat pertama gambar 4 misalkan juga bahwa kedua kawat itu mempunyai kawat balik sangat jauh, bila kawat 2 non maknit, dan = 0 dan mantap maka gambaran fluks yang dihasilkan oleh arus tidak berubah. Sekarang misalkan dan arus pada kawat 2 = kerapatan fluks pada radius
:
dan
Marilah kita teliti fluks lingkup pada kawat 1 yang disebabkan oleh arus pada kawat 2, dari gambar 4 kelihatan bahwa semua fluks diluar daerah dengan radius mengelilingi kawat1, fluks diantara dan sebagian mengelilingi kawat 1 dan sebagian lagi tidak, dapat dibuktikan bahwa bila arus uniform sebagai yang dimisalkan, fluks –lingkup yang ditimbulkan oleh fluks di daerah sampai sama besarnya seolah-olah arus di konsentrasikan pada pusat kawat, sehingga fluks di daerah sampai dapat di
30 KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI
pandang mengelilingi semua arus sedang fluks di daerah sampai tidak mengelilingi arus, jadi fluks lingkup 0.
Jadi batas integrasi berubah menjadi dan , sebut
= fluks - linkup pada kawat 1 yang ditimbulkan oleh arus pada kawat 2 maka :
Bila kawat 1 dan kawat 2 bersama-sama mengandung arus masing –masing dan , maka jumlah fluks-lingkup kawat 1 adalah :
Tinjaulah keadan khusus bila kawat 2 merupakan kawat balik bagi kawat 1 dalam hal ini :
Kita juga membatasi diri pada saluran-saluran udara jadi :
maka persamaan 2.16 menjadi
D1 dan D2 adalah jarak-jarak yang harganya dapat diatur mencapai tak terhingga sehingga :
maka persamaan 2.17 menjadi :
2.4.4. Induktansi Sendiri.
Defenisi dari induktansi dari suatu rangkaian ialah:
Bila permeabilitas dari medan magnit konstan maka defenisi diatas sama dengan :
Atau :
Jadi untuk kawat 1
KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI 31 Untuk kawat non magnit seperti tembaga dan alluminium harga maka
Pada perssmaan 2.20 terdapat 3 suku, suku pertama dan kedua tergantung dari sifat-sifat kawat, sedang suku ketiga tergantung dari jarak kawat, dalam hal ini maka persamaan 2.20 dapat kita bagi menjadi 2 bagian, yaitu : Bagian pertama disebut “ Komponen Kawat” sedangkan bagian kedua “ Kompnen Jarak”
Bila panjang kawat 1 km = 1.000 m, radius kawat dan jarak antara kawat dalam meter dan ln diganti dengan log jadi : ln = 2,3026 log
Maka bila harga-harga tersebut kita subtitusikan dalam persamaan 2.20 dapat diperoleh :
= Dimana
Pada jarak 1 meter dan :
Pada persamaan 2.21 dan 2.22 satuan panjang dari radius dan jarak dalam meter.
Bila bentuk gelombang arus dan tegangan sinus adalah lebih berguna merubah induktansi menjadi reaktansi sesuai dengan relasi.
Jadi :
Jika f = 50 Hz maka peramaan 2.23 akan menjadi :
Persamaan 2.24 berlaku juga untuk kawat 2 dengan mengganti dengan
32 KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI
Pemisahan X1 dalam 2 komponen : komponen kawat dan komponen jarak sangat berguna bila harga-harga X1 akan diperoleh dengan bantuan tabel yang tersedia, hal mana sangat berguna dan menghemat waktu dalam praktek
Dalam table A-1, A-2, dan A-3 diberkan karakteristik listrik dari berbagai ukuran ACSR. Dalam table tersebut diberikan juga besaran komponen kawat dan komponen jarak.
Contoh soal.
Suatu saluran fasa tunggal dengan konduktor tembaga keras, 97,3% ; 107,2 mm2 ( 4/0 atau 211.600 CM), 19 kawat elemen, dengan radius efektif 0,6706 cm. jarak antara kedua kawat 1,5 m.
tentukan reaktansi induktif saluran itu dalam ohm/km perkawat. Frekuensi kerja 50 Hz.
Jawab:
Dari persamaan 2.24.
Dimana
ius konduktor dalam meter = 0,006706 m
Maka :
2.5. Fluks –lingkup dari penghantar yang terdiri dari n kawat.
Bila suatu penghantar terdiri dari n kawat ( parallel) maka dengan cara yang sama seperti dilakukan pada persamaan 2.2 dapat dicari induktansi dari kawat gabungan itu, lihat suatu penghantar terdiri dari n kawat ( gambar 2.5)
Gambar 2.5 Penghantar yang terdiri dari n kawat.
1
2
3
n
p
KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI 33 Diperoleh :
Fluks lingkup pada kawat 1 yang di timbulkan oleh arus pada kawat 2 dan seterusnya.
Jadi jumlah fluks lingkup pada kawat 1 yang di timbulkan oleh semua arus
( 2.25)
Subtitusi = pada persmaaan 2..25 dan setelah diatur
didapatkan :
Bila titik P sangat jauh, maka :
Jadi persmaan 2.26 berubah menjadi :
2.5.1. Induktansi dari Kawat-kawat Pilin.
Pada umum nya penghantar ttransmisi itu terdiri dari banyak kawatyang sama dan dipilinsesuai dengan rumus :
Jumlah kawat Dengan
P = Jumlah lapisan, tidak termasuk kawat pertama yg merupakan intinya
Jadi bila P =1 maka jumlah kawat = 7, dan bentuk penampang nya adalah sebagai berikut : Lapisan 1
inti
34 KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI
Bila jumlah arus i tiap komponen kawat dilalui arus maka persamaan 2.27 menjadi :
Sekarang bila kawat balik terdiri dari m kawat ( kawat pilin) maka persamaan 2.26 menjadi :
Gambar 2.6. Penghantar X terdiri dari n kawat dan penghantar Y terdiri dari m kawat
Atau
Dan
Dengan jalan yang sama maka diperoleh : yaitu
Dan 1
2
3
n
1’
KONSTANTA UMUM SALURAN TRANSMISI 35 Harga rata-rata dari induktansikomponen penghantar :
Induktansi dari penghantar X
Sama dengan penurunan diatas diperoleh induktansi penghantar Y:
Dan
2.5.2. Radius rata-rata geometris atau geometric mean radius ( GMR) dan Jarak rata-rata geometris atau Geometris Mean Distance ( GMD).
2.5.2.1. Radius Rata-rata Geometri (GMR)
Radius rata-rata geometri (GMR) dari suatu luas (area) ialah : limit dari jarak rata-rata geometris (GMD), antara pasangan elemen dalam luas itu sendiri bila jumlah elemen itu diperbesar sampai tak terhingga. Atau dengan ata lain khusus nya untuk kawat bundar GMR dari suatu kawat bundar ialah : radius dari suatu silinder berdinding yang sangat tipis mendekati nol sehingga induktansi dari silinder itu sama dengan induktansi kawat asli.
Dari persamaan 2.20.
Karena La adalah komponen kawat dan tergantung dari maka
Disebut rasiud rata-rata geometris atau GMR dari kawat bundar radius .
Penggunaan GMR ini membutuhkan distribusi arus yang uniform dan tidak ada bahan- bahan magnit, untuk bahan jenis ACSR dengan inti yang terdiri dari kawat baja (bahan magnit), dalam hal ini nilai tahanan/impedansi baja jauh lebih besar dari bahan penghantar jenis tembaga atau
