ANALISIS SISTEM DAYA Bagian : Saluran Transmisi Daya Elektrik

ANALISIS SISTEM DAYA

Bagian : Saluran Transmisi Daya Elektrik

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG

2016

Oleh :

Ir. HERY PURNOMO, MT

KATA PENGANTAR

Dengan mengucapkan Syukur kepada Allah SWT atas KaruniaNya. Sehingga dapat terselesainya penyusunan buku Analisis Sistem Daya I (Bagian Saluran Transmisi Daya Elektrik) yang merupakan salah satu buku acuan matakuliah wajib bagi mahasiswa Konsentrasi Teknik Energi Elektrik di Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya.

Penyusunan buku ajar merupakan salah satu kegiatan dalam rangka mengembangkan proses pendidikan dan pengajaran, untuk memudahkan mahasiswa dalam mempelajari dengan memahami, serta mengembangkan materi perkuliahan sesuai dengan kurikulum dan silabus yang ada. Bagian Transmisi Daya Elektrik disusun dalam urutan bab-bab yang di mulai dari pengertian penyaluran tenaga listrik, parameter-parameter saluran, karakteristik penyaluran daya, pemakaian kompensasi pada saluran transmisi dan perhitungan konstruksi saluran transmisi udara. Dalam buku hanya dibahas masalah yang berhubungan dengan sistem penyaluran tenaga listrik yang melalui saluran transmisi udara, mengingat hampir seluruh saluran transmisi menggunakan saluran transmisi udara.

Menyadari bahwa dalam penyusunan buku Analisis Sistem Daya Elektrik masih banyak kekurangannya, maka diharapkan adanya saran dan kritik guna perbaikan untuk mencapai kesempurnaan.

Akhirnya disampaikan ucapan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sampai dapat diterbitkannya buku Analisis Sistem Daya I, bagian Saluran Transmisi Daya Elektrik dan semoga buku ini dapat bermanfaat .

Malang, 10 juli 2016

Penyusun,

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ………... i

DAFTAR ISI ………...… ii

BAB I SISTEM TENAGA LISTRIK 1.1. Pendahuluan ... ……….………...…... 1

1.2. Sistem Tenaga Listrik ………...……...…... 3

BAB II SALURAN TRANSMISI TENAGA LISTRIK 2.1. Sistem Hubungan Saluran ………...……... 7

2.2. Sistem Tegangan Saluran Transmisi ………...…….. 10

BAB III PERALATAN SALURAN TRANSMISI UDARA 3.1. Kawat Penghantar ………...……... 19

3.2. Isolator Gantung ………...………… 23

3.3. Menara Transmisi ………...… 28

3.4. Peralatan Pembantu Kawat Penghantar ………...….... 31

BAB IV KONSTANTA SALURAN TRANSMISI 4.1. Tahanan Saluran ………...………... 34

4.2. Induktansi Saluran ………...….. 36

4.3. Kapasitansi Saluran ………...……... 43

4.4. Reaktansi Induktif dan Reaktansi Kapasitif Saluran …... 47

BAB V KARAKTERISTIK PENYALURAN DAYA 5.1. Saluran Transmisi Pendek ………...…… 55

5.2. Saluran Transmisi Menengah ………...………... 57

5.3. Saluran Transmisi Panjang ………...………... 60

5.4. Panjang Maksimum Saluran Transmisi ………...………... 66

5.5. Rangkaian Empat Terminal ………...…... 70

BAB VI KOMPENSASI PADA SALURAN TRANSMISI 6.1. Penentuan Reaktor Shunt ………...………. 88

6.2. Penentuan Kapasitor Seri ………...…. 89

6.3. Kapasitas Penyaluran Daya ………...………. 90

BAB VII KONSTRUKSI SALURAN TRANSMISI UDARA

7.1. Disposisi Kawat Penghantar ... 95 7.2. Perhitungan Isolasi Saluran Transmisi ... 97 7.3. Perhitungan Andongan Kawat Penghantar ... 101

BAB I

SISTEM TENAGA LISTRIK

1.1

Pendahuluan

Pusat pembangkit tenaga listrik, terutama yang menggunakan tenaga air, pada umumnya jauh letaknya dari tempat dimana tenaga listrik tersebut digunakan (pusat beban). Tenaga listrik yang dibangkitkan harus disalurkan melalui saluran transmisi, saluran transmisi menyalurkan tenaga listrik dari Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) atau Pusat Pembangkit Listrik Tenaga Thermis (PLTT) ke pusat beban.

Saluran transmisi dibedakan dari saluran distribusi karena tegangannya, sebagai contoh : Di Indonesia saluran transmisi mempunyai tegangan diatas 20 kV dan dibawah 20 kV adalah saluran distribusi. Di Jepang saluran transmisi mempunyai tegangan 7 kV keatas, sedangkan saluran ditribusi 7 kV kebawah. Di Amerika Serikat dikenal tiga jenis saluran yaitu, saluran distribusi dengan tegangan primer 4 s/d 23 kV, saluran subtransmisi dengan tegangan 13 kV s/d 138 kV dan saluran transmisi dengan tegangan 34,50 kV keatas.

Terdapat dua kategori saluran transmisi yaitu : saluran transmisi udara (overhead line) dan saluran transmisi kabel bawah tanah (Underground cable), saluran transmisi udara menyalurkan tenaga listrik melalui kawat penghantar yang digantung pada menara transmisi dengan perantaraan isolator gantung, sedangkan saluran transmisi kabel bawah tanah menyalurkan tenaga listrik melalui kabel bawah tanah.

Terdapat pula saluran transmisi kabel laut (submarine cable) yang umumnya dipasang pada selat, contohnya yang dipasang di selat Bali dan selat Madura.

Saluran transmisi bawah tanah tidak terpengaruh adanya cuaca buruk, taufan, hujan angin, bahaya sambaran petir dan sebagainya. Lagi pula saluran bawah tanah lebih indah karena tidak kelihatan, karena alasan yang terakhir ini saluran kabel bawah tanah banyak digunakan di kota besar yang sangat padat penduduknya.

Saluran bawah tanah beaya pembangunannya jauh lebih mahal dari pada saluran transmisi udara, serta perbaikan lebih sukar apabila terjadi gangguan hubung singkat atau kerusakan yang lainnya, saluran transmisi kabel bawah tanah hanya digunakan pada daerah perkotaan yang relatif padat penduduk.

Menurut jenis arus yang mengalir pada saluran transmisi dikenal sistem penyaluran arus bolak-balik (sistem AC) dan sistem penyaluran arus searah (sistem DC).

Dalam sistem arus bolak-balik, penaikkan dan penurunan tegangan mudah dilakukan dengan menggunakan transformator, dan hampir sebagian besar sistem penyaluran tenaga listrik di dunia menggunakan sistem penyaluran arus bolak-balik.

Sistem penyaluran arus searah mempunyai keuntungan dibanding sistem arus searah antara lain : isolasi lebih sederhana, efisiensi tinggi dan tidak ada masalah stabilitas.

Namun yang menjadi persoalan adalah masalah ekonomisnya, beaya peralatan yang mahal, terutama peralatan pengubah tegangan dari tegangan arus bolak-balik ke tegangan arus searah (Rectifier) dan peralatan pengubah tegangan dari tegangan arus searah ke tegangan arus bolak-balik (Inverter).

Dari hasil penelitian saluran transmisi arus searah akan ekonomis, apabila daya yang disalurkan sebesar 750 MVA, dengan jarak penyaluran berkisar antara 500 km sampai dengan 750 km, ditambah lagi bahwa saluran transmisi tidak boleh bercabang.

1.2 Sistem Tenaga Listrik

Suatu sistem tenaga listrik secara garis besar dapat dibagi menjadi empat kelompok, yaitu : Pusat pembangkit tenaga listrik (PPTL), saluran transmisi, gardu Induk dan saluran distribusi

Gambar 1.1 memperlihatkan suatu sistem tenaga listrik, mulai dari pembngakitan tenaga listrik sampai ke konsumen (beban listrik).

Gambar 1.1 Sistem Tenaga Listrik 1. Pusat Pembangkit Tenaga Listrik

Yang termasuk pusat pembangkit tenaga listrik didalam sistem tenaga listrik adalah Pusat tenaga (power station), meliputi power hause, ruang control dan Latar hubung (Switch yard), yang meliputi ril, pemisah (disconnection switch /DS), Pemutus tenaga (circuit breaker), arester, transformator, dsb

Pusat pembangkit tenaga listrik dapat dibedakan menjadi Pusat pembangkit tenaga listrik konvensional dan Pusat pembangkit tenaga listrik non konvensional. Sedangkan pusat pembangkit yang konvensional terdiri dari:

1). Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA) 2). Pembangkit Listrik Tenaga Thermo (PLTT)

Pusat listrik tenaga thermo meliputi:

1). Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU) 2). Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG) 3). Pembangkit Listrik Tenaga Diesel (PLTD) 4). Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN) 5). Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

Sedangkan pembangkit tenaga listrik non konvensional meliputi : 1). Pembangkit Listrik Tenaga Angin

2). Pembangkit Listrik Tenaga Matahari

3). Pembangkit Listrik Tenaga Pasang Surut Air Laut 4). Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) 5). Magneto Hydro Dynamic (MHD), dll.

1. Saluran Transmisi

Saluran transmisi dalam suatu sistem tenaga listrik adalah saluran pemindah / transfer tenaga listrik dari suatu daerah (dapat merupakan power station, gardu induk) ke daerah lain (dapat merupakan Gardu induk) dengan jarak yang cukup jauh dengan tegangan tertentu. Peralatan-peralatan pokok yang termasuk didalam sistem saluran transmisi adalah :

1). Konduktor (kawat penghantar) 2). Menara transmisi (tower) 3). Isolator gantung

4). Kawat tanah atas

5). Peralatan-peralatan pendukung (tanduk api, damper, dsb)

2. Gardu Induk

Gardu induk merupakan tempat peralatan penghubung antara saluran transmisi yang satu terhadap saluran yang lain, atau penghubung antara saluran transmisi dengan saluran distribusi. Gardu induk merupakan tempat pemusatan tenaga listrik yang akan didistribusikan ke pemakai tenaga listrik (konsumen).

Peralatan yang terdapat didalam suatu Gardu Induk antara lain:

1). Ruang kontrol dan peralatan didalamnya 2). Latar hubung (Switch yard)

3. Saluran Distribusi

Saluran distribusi adalah suatu saluran yang menghubungkan gardu Induk dengan konsumen, atau saluran yang digunakan untuk mendistribusikan tenaga listrik ke konsumen, saluran distribusi terdapat dua macam yaitu:

1). Saluran distribusi primer (jaringan tegangan menengah) yang disingkat JTM.

Tegangan saluran JTM : 6 kV, 20 kV

2). Saluran distribusi sekunder (jaringan tegangan rendah) yang disingkat JTR.

Tegangan saluran JTR : 127 / 220 Volt Tegangan saluran JTR : 220 / 380 Volt

Peralatan-peralatan pokok saluran distribusi adalah : 1). Konduktor (kawat penghantar)

2). Tiang listrik 3). Isolator

4). Transformator distribusi, DS, arester.

BAB II

SALURAN TRANSMISI TENAGA LISTRIK

Saluran transmisi tenaga listrik berfungsi untuk menyalurkan tenaga listrik dari pusat pembangkit tenaga listrik ke pusat beban, saluran transmisi tenaga listrik dapat diklasifikasikan menjadi beberapa hal, antara lain: Sistem hubungan saluran, sistem tegangan saluran, jenis arus yang melalui saluran dan letak saluran.

2.1

Sistem Hubungan Saluran

Dalam sistem hubungan saluran transmisi dibedakan menjadi: Sistem radial (terbuka), sistem ring (tertutup) dan sistem interkoneksi.

1. Saluran Transmisi Sistem Radial

Sistem radial adalah sistem yang menghubungkan pembangkit tenaga listrik dengan gardu induk dan kemudian ke saluran distribusinya.

Saluran transmisi Pembangkit

Tenaga listrik

Gambar 2.1 Diagram Satu Garis Saluran Transmisi Radial.

Keuntungan sistem radial yaitu:

▪ Sangat sederhana dan mudah untuk menyalurkan tenaga listrik dari tempat yang satu ke tempat yang lain.

▪ Biaya murah.

Kekurangan sistem radial yaitu:

▪ Kontinuitas penyaluran tenaga listrik kurang baik

▪ Apabila sistem ini digunakan pada daerah yang luas (banyak sistem radial) maka harganya menjadi mahal.

2. Saluran Transmisi Sistem Ring

Sistem ring adalah suatu sistem dimana beberapa gardu induk saling dihubungkan sehingga merupakan rangkaian tertutup, dan sumber tenaga listriknya dari satu pusat pembangkit tenaga listrik.

Saluran transmisi

Saluran transmisi Saluran transmisi

Saluran transmisi Pembangkit

Tenaga listrik

Gambar 2.2 Diagram Satu Garis Saluran Transmisi Sistem Ring

Keuntungan saluran transmisi sistem ring adalah:

▪ Kontinuitas penyaluran tenaga listrik cukup baik

▪ Sistem tidak terlalu mahal

Kekurangan saluran transmisi sistem ring adalah:

▪ Pengaturan sukar dilakukan, khususnya untuk gardu induk yang jauh letaknya.

▪ Perhitungan sistem pengaman lebih sukar.

3. Saluran Transmisi Sistem Interkoneksi

Saluran transmisi sistem interkoneksi adalah suatu sistem dimana lebih dari satu pusat pembangkit tenaga listrik dihubungkan melalui saluran transmisi.

Saluara transmisi

Saluara transmisi Pembangkit

Tenaga listrik

Pembangkit Tenaga listrik

Gambar 2.3 Diagram Satu Garis Saluran Transmisi Sistem Interkoneksi

Dalam sistem interkoneksi pusat pembangkit tenaga listrik (PPTL) harus lebih dari satu dan saling dihubungkan, yang akan memberi daya pada beberapa gardu induk.

Keuntungan saluran transmisi sistem interkoneksi yaitu:

▪ Kontinuitas penyaluran tenaga listrik sangat baik

▪ Sentral listrik tidak perlu bekerja secara nominal/puncak, karena dapat dibantu oleh sentral yang lain.

Kerugian saluran transmisi sistem interkoneksi yaitu:

▪ sistem sangat mahal

▪ Perhitungan pengaman paling sukar.

2.2.

Sistem Tegangan Saluran Transmisi

1. Pengaruh Besar Tegangan pada Saluran Transmisi.

Apabila tegangan yang digunakan pada saluran transmisi bertambah besar (makin tinggi) maka akan mempengaruhi terhadap: Berat konduktor yang diperlukan, kerugian daya saluran, efisiensi saluran dan prosentase tegangan jatuh

Saluran transmisi I V

L Pembangkit

Penega listrik Beban

listrik

Gambar 2.4 Saluran Transmisi Tenaga Listrik

Arus beban besarnya:

= 

cos V 3

I P

Dimana: P - Daya (watt)

V - Tegangan line (volt) Cos φ – faktor daya

Tahanan tiap konduktor: R =  A L

Dimana :  - tahanan jenis kawat penghantar (Ω – m) L - Panjang saluran (m)

A - Luas penampang konduktor (m²)

Rugi tembaga total W = 3 I² R

R . cos V 3 3 P W

2













= 

A L cos

V W P

2 2

2 

=  , maka A =

2

2

2 2

P .L

WV Cos 

 Volume dari konduktor total = 3 A L

Volume = 3

2

2

2 2

P .L

WV cos 

 Berat konduktor yang digunakan = Volume . K Berat konduktor =

2

2

2 2

3P .L K

WV Cos 

 Berat konduktor = (

2 2

3P L K W



) ₂

1

₂

V cos 

(2-1) dimana : K – berat jenis konduktor

kerapatan arus δ = A

I maka, A =



I

A = P 3V cos .  W = 3 I² R = 3 ( P

3V cos⁾²  A L =

2

2 2

P L

V cos A



W =

2

2 2

3V cos .

p .L.

V cos P

  

Rugi daya saluran transmisi : W = 3.P. .L.

V cos

 

 (2-2)

Efisiensi saluran besarnya: η = W P

P

+

η =

P

P 3P L V cos +  



=

1

1 3 L V cos +  



η =

1

1 3 L V cos +  



(2-3)

Tegangan jatuh tiap saluran Vd = IR

Vd =

P L P 3V cos .

. L

A P

3V cos 3V cos

 =   

 

Vd = ρ . L . δ

Jadi prosentase tegangan jatuh : Vd =

.L.

V .100 3

 

% (2-4)

Dari persamaan (1), (2), (3) dan (4) diatas dapat diambil kesimpulan bahwa:

▪ Dengan bertambah besarnya tegangan (V), maka berat konduktor yang diperlukan dapat berkurang (diperkecil).

▪ Dengan bertambah besarnya tegangan (V), maka kerugian daya W pada saluran berkurang.

▪ Apabila kerapatan arus tetap, dengan bertambah besarnya tegangan (V), maka efisiensi saluran bertambah besar.

▪ Prosentase tegangan jatuh Vd pada saluran transmisi makin berkurang dengan makin bertambahnya besar tegangan (V).

Disamping keuntungan-keuntungan diatas ada batasan-batasan yang harus diperhatikan yaitu:

▪ Dengan bertambahnya tegangan saluran, maka isolasi antara konduktor dan menara transmisi bertambah. dengan sendirinya hal ini akan mempengaruhi harga isolatornya.

▪ Dengan bertambah tegangan, jarak bebas (clearence) antara konduktor dengan tanah lebih besar, sehingga menara transmisi harus lebih tinggi.

▪ Dengan bertambahnya tegangan, jarak antara masing-masing konduktor harus bertambah besar, sehingga dibutuhkan travers/palang tiang yang lebih panjang.

2. Pemilihan Tegangan Saluran Transmisi.

Dalam pemilihan tegangan saluran transmisi ada beberapa faktor yang sangat mempengaruhi antara lain Jarak saluran transmisi dan besar daya maksimum yang disalurkan.

Dalam memilih tegangan harus diarahkan supaya didapatkan tegangan yang ekonomis, tetapi untuk menetapkan tegangan yang paling ekonomis sesungguhnya

diperlukan studi perbandingan terhadap berbagai ongkos / biaya masing-masing alternatif tegangan yang akan digunakan. Disamping itu ada beberapa dasar pemilihan tegangan yang ekonomis yang telah ditentukan oleh para ahli secara empiris antara lain:

1). Menurut Alfred Still

V = 5,5 d+KVA /150

Dimana : V = tegangan line-line (kV) d = Jarak saluran transmisi (mile) KVA = daya maksimum yang disalurkan

2). Menurut Mett Hammer

d 50 , 0 P 30 , 0

V = _b +

Dimana : Pb = daya disisi terima (KVA) d = jarak saluran transmisi (km)

Rumus menurut Alfred Still hanya berlaku untuk jarak lebih dari 20 mile

3). Pembagian Saluran Transmisi

Saluran transmisi apabila ditinjau dari besar tegangannya dapat dibedakan yaitu:

1). Saluran transmisi tegangan menengah 2). Saluran transmisi tegangan tinggi

3). Saluran transmisi tegangan sangat tinggi (Extra High Voltage / EHV) 4). Saluran transmisi tegangan Ultra Tinggi (Ultra High Voltage / UHV)

Menurut jenis arus yang disalurkan melalui saluran transmisi dikenal sistem saluran Transmisi arus bolak balik (transmisi AC) dan saluran Transmisi arus searah (transmisi DC)

Saluran transmisi arus bolak balik mempunyai keuntungan yaitu:

1). Tegangan dapat diatur / dirubah dengan mudah dengan memasang transformator penaik tegangan atau penurun tegangan.

2). Perawatan gardu induknya mudah dan lebih murah.

Saluran transmisi arus bolak-balik mempunyai kekurangan yaitu:

1). Jarak antara konduktor lebih besar untuk menghilangkan kerugian korona dan untuk mempertinggi isolasinya

2). Memerlukan material untuk jaringan lebih banyak 3). Kontruksi saluran lebih sulit / rumit

4). Induktansi, kapasitansi sangat mempengaruhi terhadap pengaturan tegangan.

5). Lebih mudah timbul korona

6). Generatornya harus disinkronkan terlebih dahulu sebelum dioperasikan paralel dengan jaringan yang lain.

7). Kecepatan putar rotor generator harus dikontrol dengan teliti.

Pada saluran transmisi arus bolak-balik banyak digunakan sistem tiga fasa dibanding dengan sistem satu fasa, karena daya yang disalurkan lebih besar, nilai sesaatnya konstan dan medan putar magnit mudah diadakan

Penyaluran tegangan listrik melalui saluran transmisi arus searah akan lebih menguntungkan dibanding dengan transmisi arus bolak-balik, dengan alasan bahwa pada transmisi DC:

1). Hanya membutuhkan dua konduktor karena tanah dapat dipakai sebagai konduktor kembalinya arus, sehingga pemakaian material saluran lebih sedikit.

2). Tidak mengalami persoalan induktansi, kapasitansi, pergeseran fasa dan surja

3). Tidak mengalami adanya skin efect, jadi saluran penampang konduktor penuh digunakan (dialiri arus secara merata).

4). Dibanding dengan sistem AC pada tegangan kerja yang sama, maka potensial stress pada isolasi adalah lebih kecil ( 1 /

2

nya )

5). Untuk beban dan tegangan sisi terima yang sama pengaturan tegangan pada transmisi sistem sistem DC lebih baik.

6). Tidak ada masalah stabilitas pada transmisi jarak jauh.

Salah satu kerugian pada saluran transmisi DC adalah mahalnya peralatan pengubah dari gelombang tegangan AC ke DC (converter) dan pengubah dari gelombang tegangan DC ke AC (inverter).

Menurut letaknya saluran transmisi dibedakan menjadi saluran udara tegangan tinggi / SUTT (Over Head Lines) dan saluran bawah tanah (Under Ground Cable)

Perbedaan antara sistem SUTT dengan saluran bawah tanah antara lain :

1. Keamanan Masyarakat 2. Biaya permulaan 3. Fleksibilitas

4. Tegangan kerja

5. Biaya perawatan 6. Banyaknya gangguan

7. Tegangan jatuh

8. Segi keindahan

9. Pencarian tempat gangguan

10. Sambungan

11. Bahaya sambaran petir 12. Interferensi terhadap saluran telekomunikasi

kabel bawah tanah lebih aman kabel bawah tanah lebih mahal saluran udara lebih baik, karena apabila beban bertambah tinggal menambah saluran lagi sepanjang saluran yang ada. Pada kabel bawah tanah harus membuat kanal baru lagi.

karena sulitnya dan mahalnya dalam pembuatan isolasi tegangan tinggi pada kabel tanah, maka pada tegangan yang tinggi ( > to KV ) pada saluran udara tidak menimbulkan persoalan.

sistem kabel bawah tanah biaya perawatan lebih murah.

karena letaknya didalam tanah maka kabel tanah jarang terjadi gangguan

pada kabel tanah berhubung jarak antara konduktor kecil, maka induktansinya lebih kecil dibandingkan dengan saluran udara sehingg tegangan jatuh dapat lebih kecil.

kabel bawah tanah lebih baik karena tidak ada kawat yang kelihatan, sehingga banyak digunakan di kota-kota yang padat penduduknya.

Saluran udara lebih mudah dalam pencarian tempat terjadinya gangguan.

Penyambungan saluran pada kabel bawah tanah relatif sulit Pada kabel tanah tidak ada Pada kabel bawah tanah tidak terjadi interferensi dengan sistem komunikasi.

BAB III

PERALATAN SALURAN TRANSMISI UDARA

Dalam konstruksi saluran transmisi udara (Over Head Lines) peralatan-peralatan yang digunakan terdapat bermacam-macam, dan tiap peralatan tersebut mempunyai fungsi berlainan yang menunjang terlaksananya fungsi dari saluran transmisi, sehingga saluran tersebut dapat bekerja dengan baik. Peralatan-peralatan yang penting pada saluran transmisi udara antara lain :

• kawat penghantar

• isolator gantung

• menara transmisi (tower)

• peralatan pembantu kawat penghantar.

4.1.

Kawat Penghantar

Kawat penghantar adalah komponen yang memegang peranan penting dalam menyalurkan tenaga listrik dari satu tempat ke tempat yang lain. Pada saluran transmisi udara biasanya kawat penghantar yang digunakan adalah kawat penghantar telanjang (bare wire)

Bahan-bahan untuk membuat kawat penghantar adalah tembaga, aluminium atau campuran logam-logam diatas dengan logam jenis lain. Dalam memilih kawat penghantar yang akan digunakan untuk saluran transmisi harus dipertimbangkan beberapa faktor antara lain :

1). Konduktor harus mempunyai konduktivitas listrik yang cukup baik 2). Cukup kuat menahan gaya-gaya mekanis

3). Harganya harus cukup murah

1. Klasifikasi kawat penghantar menurut kontruksinya.

a) Kawat penghantar padat (solid conductor).

Kawat penghantar padat adalah kawat tunggal yang padat (tidak berongga) dan berpenampang bulat.

Jenis kawat penghantar ini hanya dipakai untuk penampang-penampang yang kecil, karena kawat penghantar yang berpenampang besar sukar ditangani dan kurang luwes (fleksibel).

b) Kawat penghantar berlilit (stranded conductor).

Kawat penghantar berlilit adalah beberapa kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya secara berlapis dan konsentris.

Apabila diperlukan penampang yang besar maka digunakan 7 s/d 61 kawat padat. Tiap-tiap kawat padat merupakan kawat komponen dari kawat penghantar berlilit, apabila kawat kawat komponen itu sama garis tengahnya maka persamaan-persamaan berikut berlaku :

N = 3 n ( 1+ n ) + 1 D = d ( 1 + 2 n ) A = a N

Keterangan :

N – jumlah kawat komponen

n – jumlah lapisan kawat komponen

D – garis tengah luar dari kawat penghantar berlilit d – garis tengah kawat komponen

A – luas penampang kawat berlilit a – luas penampang kawat komponen

c) Kawat penghantar rongga (hollow conductor)

Kawat penghantar berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar

2. Klasifikasi kawat penghantar menurut bahannya.

a). Kawat penghantar logam biasa

Kawat logam biasa dibuat dari logam-logam biasa seperti tembaga, aluminium, dan sebagainya. Kawat logam biasa mempunyai konduktifitas yang tinggi meskipun kuat tarik tidak cukup tinggi.

b). Kawat penghantar logam campuran

Kawat penghantar logam campuran adalah penghantar dari tembaga tau aluminium yang diberi campuran dalam jumlah tertentu dari logam jenis lain untuk menaikkan kekuatan mekanisnya.Kawat penghantar logam campuran yang sering digunakan adalah :

▪ kawat tembaga campuran

▪ kawat aluminium campuran

kawat penghantar tembaga campuran konduktifitasnya lebih rendah dari kawat tembaga murni, tetapi kuat tariknya lebih tinggi, sehingga cocok untuk penggunaan pada lebar gawang / span yang lebih besar.

Kawat aluminium campuran mempunyai kekuatan mekanis yang lebih tinggi dari kawat aluminium murni.

c). Kawat penghantar logam paduan.

Kawat penghantar logam paduan adalah penghantar yang terbuat dari dua jenis logam atau lebih yang dipadukan secara tekanan, peleburan, atau pengelasan.

Contohnya :

▪ kawat baja berlapis tembaga

▪ kawat baja berlapis aluminium

Kawat baja berlapis tembaga mempunyai kekuatan mekanis yang lebih besar dan biasanya dipakai untuk lebar gawang yang besar atau sebagai kawat tanah. Kawat baja berlapis aluminium mempunyai kekuatan mekanis yang besar, tetapi konduktifitasnya lebih kecil dibandintgkan dengan kawat baja berlapis tembaga meskipun lebih ringan.

Kawat campuran aluminium ini dipakai untuk lebar gawang yang besar dan untuk kawat tanah.

d). Kawat penghantar lilit campuran

Kawat penghantar lilit campuran adalah kawat yang lilitannya terdiri dari dua jenis logam atau lebih.

Kawat lilit campuran yang paling banyak digunakan adalah ACSR (Aluminium Conductor Steel Reinforced) dimana terdiri dari inti baja (sebagai penguat mekanis) dan lapisan-lapisan terdiri dari kawat aluminium.

Gambar 3.1. Konstrruksi Kawat Penghantar ACSR

4.2.

Isolator Gantung.

Isolator adalah komponen yang mengisolasikan kawat penghantar dengan menara transmisi, agar tidak terjadi hubungan dengan tanah.

Isolator harus mampu menahan gaya-gaya dari luar, maupun gaya mekanis karena berat dari kawat penghantar. Menurut penggunaanya isolator saluran distribusi / transmisi dibagi menjadi :

1). Isolator gantung (suspension insulation) 2). Isolator jenis pasak (pin insulation)

3). Isolator jenis batang panjang (long rod insulation) 4). Isolator jenis pos saluran (line post insulation)

Pada saluran transmisi udara yang paling banyak digunakan adalah isolator gantung.

Gambar 3.2. Isolator Gantung.

Pada saluran transmisi tegangan tinggi pada umumnya digunakan gandengan isolator gantung.

Bahan-bahan untuk isolator adalah :

• porcelain

• Glass

• Steatite

Pada umunya isolator tegangan tinggi dibuat dari bahan porcelain atau glass, bahan glass mempunyai beberapa keuntungan antara lain :

1). Kekuatan dielektrik glass lebih besar dari pada porcelain 2). Kekuatan mekanis glass lebih besar

3). Glass tembus cahaya sehingga kenaikan temperatus kecil 4). Bagian-bagian glass tidak berlubang-lubang, sehingga dapat menghindarkan keretakan-keretakan dan mengurangi cacat.

5). Apabila terjadi tumbukan glass mudah hancur, sehingga kerusakan isolator dengan mudah dapat diketahui.

6). Glass harganya lebih murah.

1. Karakteristik listrik isolator gantung.

Isolator terdiri dari bahan porcelain atau glass yang diapit oleh elektroda-elektroda, dengan demikian maka isolator terdiri dari sejumlah kapasitansi. Kapasitansi ini diperbesar oleh terjadinya lapisan yang menghantarkan listrik karena kelembaban udara, debu, dan bahan-bahan lainnya pada permukaan isolator tersebut. Karena kapasitansi ini, maka distribusi tegangan sebuah gandengan isolator tidak seragam.

Beda potensial pada bagian yang terkena tegangan (ujung saluran) adalah paling besar, hal ini dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.3. Distribusi Tegangan pada Gandengan Isolator Gantung.

Distribusi tegangan yang tidak merata pada gandengan isolator gantung dapat diperbaiki dengan memasang tanduk busur api (arcing horn).Distribusi tegangan pada gandengan isolator gantung dengan menggunakan tanduk api terlihat pada gambar 3.3. berikut ini.

Gambar 3.4. Distribusi Tegangan dengan Memasang Tanduk Busur Api

2. Karakteristik mekanis isolator gantung

Kecuali harus memenuhi persyaratan listrik tersebut diatas, isolator harus memiliki kekuatan mekanis guna memikul beban mekanis dari kawat penghantar yang diisolasikannya. Porcelain atau glass harus bebas dari lubang-lubang, goresan- goresan, keretakan dan sebagainya, serta mempunyai ketahanan terhadap perubahan suhu yang mendadak dan tumbukan-tumbukan dari luar.

Gaya tarik terhadap isolator yang telah dipasang relatip besar, sehingga kekuatan porcelain atau glass dan bagian-bagian yang disemenkan padanya harus dibuat lebih besar dari kekuatan bagian-bagian logamnya. Kekuatan mekanis dari isolator gantung harus diuji untuk mengetahui kemampuan mekanis dan keseragamannya.

3. Pasangan isolator gantung.

Yang dimaksud pasangan isolator adalah pasangan-pasangan logam dan perlengkepan-perlengkapan lainnya guna menghubungkan kawat penghantar, isolator dan menara transmisi (tower).

a) Pasangan isolator.

Pasangan isolator terbuat dari besi atau baja tempaan yang ukurannya disesuaikan dengan tegangan, jenis dan ukuran kawat penghantar, kekuatan mekanisnya, serta konstruksi penopangnya (menara transmisi).

Gambar pasangan isolator gantung diperlihatkan pada tersebut dibawah ini.

Gambar 3.5. Pasangan Isolator Gantung

b) Tanduk busur api.

Apabila terjadi lompatan api (flash over) pada gandengan isolator gantung, maka isolatornya akan rusak karena busur apinya. Untuk menghindarkan

kerusakan ini, maka pada gandengan isolator gantung dipasang tanduk busur api (arcing horn).

Tanduk busur api ini dipasang pada ujung kawat penghantar dan ujung tanah dari isolator, serta dibentuk sedemikian sehingga busur api tidak akan mengenai isolator waktu lompatan api terjadi. Jarak antara tanduk atas dan tanduk bawah biasanya 75 % s/d 85 % dari panjang gandengan isolator.

Tanduk busur api biasanya dipakai untuk saluran transmisi dengan tegangan diatas 66 KV dan didaerah yang tingkat IKL (isokeraunic level) yang tinggi.

c) Jepitan

Untuk kawat penghantar dipakai pengapit gantungan dan pengapit tarikan.

Pengapit-pengapit dipilih dengan memperhatikan macam dan ukuran kawat penghantar, kuat tarik maksimumnya, serta dibentuk sedemikian rupa sehingga tidak menimbulkan kerusakan dan kelelahan karena getaran dan sudut andongan dari kawat penghantar. Pengapit gantungan dapat dilihat pada gambar 4.4.

4.3

.

Menara Tansmisi (Tower)

Menara transmisi adalah komponen yang digunakan untuk menggantungkan kawat penghantar dan isolator agar tidak mengenai benda-benda dibawah (manusia, bangunan, dan sebagainya).

Menara transmisi yang paling banyak digunakan adalah menara baja (steel tower) yaitu bangunan yang tinggi terbuat dari baja yang bagian-bagian kakinya mempunyai pondasi sendiri-sendiri. Menara baja untuk saluran transmisi dibagi menurut bentuk dan sifat konstruksinya menjadi menara persegi, menara persegi panjang, menara jenis korset, menara Gantry, menara rotasi, menara MC, dan menara bertali.

Gambar 3.6. Jenis Menara Baja untuk Saluran Transmisi.

Menara baja untuk saluran transmisi terdiri dari bermacam-macam jenis, antara lain :

1). Menara persegi, banyak digunakan untuk saluran transmisi ganda (double circuit)

2). Menara persegi panjang, sama bagian atas dan bawahnya, serta banyak dipakai untuk saluran transmisi tunggal.

3). Menara jenis Korset, sempit dibagian tengahnya, dan biasanya dipakai untuk saluran transmisi tegangan tinggi rangkaian tunggal (single cicuit), serta untuk lebar gawang yang besar.

4). Menara Gantry, digunakan apabila saluran menyeberangi jalan kereta api, jalan raya, dan kanal-kanal air.

5). Menara rotasi, adalah menara yang bagian atasnya diputar 45⁰ diatas bagian bawahnya.

6). Menara MC, terbuat dari pipa-pipa baja yang diisi beton.

7). Menara bertali, mempunyai konstruksi berengsel yang menunjang beban mekanisnya dengan kawat-kawat penahan.

Menara transmisi dibagi menurut tujuan penggunaanya menjadi: menara standart dan menara khusus, macam-macam menara standart antara lain :

a. Menara singgung (tangent tower)

digunakan apabila sudut mendatar kurang dari 3^O b. Menara sudut (angel tower)

▪ small angel tower, digunakan apabila sudut mendatar 3^O s/d 15^O

▪ Light angel tower, digunakan apabila sudut mendatar 15^O s/d 30^O

▪ Mediaum angel tower, digunakan apabila sudut mendatar 30^O s/d 60^O

▪ Heavy angel tower, sudut mendatar lebih besar 60^O c. Menara ujung (dead end tower)

Digunakan untuk merentangkan kawat penghantar di ujung saluran.

d. Menara penegang (tension tower)

Dipergunakan untuk memperkuat tegangan kawat penghantar.

Menara standart adalah menara baja yang digunakan pada lebar gawang (span) standart. Lebar gawang (jarak antara tower dengan tower) yang standart yang digunakan di jepang adalah seperti pada tabel di bawah ini.

Tegangan Nominal Lebar Gawang Standar

Kurang dari 77 kV 154 kV

275 kV

200 – 250 m 250 – 300 m 300 – 350 m

Menara khusus adalah menara yang akan digunakan apabila menara standart tidak dapat digunakan (mungkin melintasi jalan kereta api, dsb)

4.4.

Peralatan Pembantu Kawat Penghantar

Supaya pemasangan kawat penghantar pada pasangan isolator lebih praktis dan kuat, maka dalam pemasangan kawat penghantar dilengkapi dengan peralatan-peralatan pembantu pada saluran transmisi. Peralatan pembantu kawat penghantar antara lain :sambungan penghantar (joints), batang pelindung (armor rods) dan Peredam (damper).

1). Sambungan Penghantar (compression joint)

Alat ini digunakan untuk menyambung konduktor (kawat penghantar), penyambungan dengan cara ini akan mendapatkan hasil yang cukup baik, karena mempunyai kekuatan tarik yang sama dengan kekuatan tarik kawat penghantar.

Bahan sambungan mempunyai konduktivitas listrik maupun kapasitas penyaluran arus lebih besar dari pada bahan kawat penghantar, hal ini di buat supaya tidak terjadi kerusakan pada sambungan tersebut Jadi bahan yang digunakan mempunyai konduktivitas listrik dan kekuatan mekanis yang lebih kuat dari bahan penghantarnya. Sambungan penghantar terlihat pada gambar 3.7. dibawah ini

Gambar 3.7. Sambungan Kawat Penghantar.

2). Peredam (Damper)

Peredam digunakan untuk menghindari kelelahan dari pada tiap-tiap titik topang dari kawat penghantar maupun kawat tanah.

Kelelahan pada kawat penghantar tersebut diakibatkan oleh gaya-gaya luar (angin) atau gaya berat dari kawat penghantar, sehingga terjadi osilasi.

Jadi peredam menunjang fungsi dari batang pelindung. Gambar dibawah memperlihatkan peredam Stockbrige Dampers.

Gambar 3.7. Batang Peredam Kawat Penghantar.

Keterangan gambar : 1. Clamp Body 2. Countterweight 3. Cast Aluminium Alloy 4. Steel Elastic Cable 5. Flexible Tubing 10. Washer

Cara pemasangan damper tergantung dari lebar gawang dari menara transmisi, untuk lebar gawang antara 0 s/d 350 m, memakai dua buah damper tiap kawat penghantar dan untuk lebar gawang diatas 350 m, memakai empat buah damper tiap kawat penghantar.

Jarak peredam dari titik topang adalah :

• Damper pertama berjarak 1220 mm dari titik topang.

• Damper kedua berjarak 2440 mm dari titik topan

BAB IV

KONSTANTA SALURAN TRANSMISI

Pada saluran transmisi udara terdapat empat macam konstanta saluran antara lain : Tahanan saluran, induktansi saluran, kapasitansi saluran dan konduktansi bocor saluran. Pada umumnya konduktansi bocor saluran, dalam perhitungan karakteristik saluran dapat diabaikan (karena sangat kecil)

4.1 Tahanan Saluran Transmisi.

Tahanan saluran transmisi merupakan penyebab terjadinya rugi daya nyata pada saluran transmisi, pada saluran transmisi arus bolak-balik pengertian tahanan saluran adalah tahanan arus bolak-balik atau tahanan efektif dari saluran. Besarnya tahanan saluran arus bolak-balik dipengaruhi oleh efek kulit, temperature dan konstruksi kawat saluran.

Tahanan arus searah (tahanan DC) besarnya sangat tergantung dari tahanan jenis material, panjang penghantar saluran dan luas penampang penghantar :

A

R = L Keterangan :

R – tahanan saluran (ohm) ρ – Tahanan Jenis ( ohm-m) L – panjang saluran (m)

A – luas penampang penghantar (m² )

Ukuran kawat penghantar untuk saluran transmisi dinyatakan dalam luas penampang penghantar, dalam satuan (mm² , CM / Circular Mil).

1 CM = 1973 x (luas dalam mm²).

Besar tahanan saluran dipengaruhi oleh temperatur:

 

t 2 t1 t1 2 1

R = R 1 +  (t − t

Keterangan:

Rt2 – tahanan pada suhu t2

Rt1 – tahanan pada suhu t1

αt1 – koefisien suhu

Besarnya koefisien suhu dapat dihitung :

( )

1 1

1 1 20

20 t

t





=

+ −



20 – koefisien suhu, pada suhu 20⁰ C.

Koefisien suhu penghantar aluminium pada suhu 20⁰ C adalah :



20 (Al) = 0,00404

Koefisien suhu penghantar tembaga pada suhu 20⁰ C adalah :



20 (Cu) = 0,00393

Distribusi arus yang merata di seluruh penampang konduktor hanya terdapat pada arus searah, dengan meningkatnya frekuensi gelombang arus bolak-balik sinusoida, distribusi arus pada penampang konduktor semakin tidak merata.

Meningkatnya frekuensi menyebabkan tidak meratanya kerapatan arus, gejala ini disebut efek kulit. Dalam suatu kawat penghantar yang berpenampang bulat kerapatan arus biasanya meningkat dari dalam penghantar ke arah permukaan penghantar (kearah kulit). Pengaruh kulit (Skin effect) pada penghantar yang berpenampang bulat, akibat kawat penghantar diliri arus bolak-balik (gelombang sinusoida), dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Tahanan arus bolak-balik (tahanan efektif)

m

4

1 1

R(ac) 48 R(dc) 2

 

+ +

 

 

=  

 

 

m = 0, 0118 f .A

f – Frekuensi tegangan sinusoida

A – Luas penampang kawat penghantar.

4.2.

Induktansi Saluran Transmisi.

Induktansi Saluran besarnya dipengaruhi oleh konstruksi kawat penghantar, diamater kawat penghantar, dan susunan kawat penghantar (jarak antara kawat penghantar).

4.2.1. Induktansi Saluran Kawat Penghantar Padat.

1). Induktansi saluran kawat penghantar satu fasa.

( dengan kawat penghantar balik)

Kawat penghantar satu fasa dengan kawat balik, terdiri dari dua penghantar dengan diameter kawat penghantar yang sama, kawat penghantar dengan jari-jari (r1) dan jari- jari (r2).

d12

1 2

Gambar 4.1 Kawat Penghantar Satu Fasa dengan Kawat Balik.

Induktansi saluran kawat penghantar (1):

1 1( ) 1( )

L =L Internal +L Eksternal

4 1

4 12

1

1

4 4 12

1

1

1

4 12 4 4 12

1

1 1

1

4 12 4 4 12

1 1

1 4

1

( .) 1 .10 / 0, 05 /

2

( .) 2.10 /

1 .10 2.10 2

2.10 1 2.10 .

4

2.10 . 2.10

.

L Int H km mH km

L Eks Ln d H km r

L Ln d

r

d d

L Ln Ln e Ln

r r

d e d

L Ln Ln

r r e

−

−

− −

− −

− −

−

= =

=

= +

 

 

=  +  =  + 

   

= =

4 12

1 '

1

2.10 d

L Ln

r

=

− _H/km

Besarnya

1

' 4

1 1

. 0, 7788.

1

r

=

r e⁻

=

r

Induktansi kawat penghantar (2), apabila dihitung dengan cara yang sama akan diperoleh :

4 12

2 '

2

2.10 d

L Ln

r

=

− _H/km

2). Induktansi Saluran Kawat Penghantar Tiga Fasa.

Kawat penghantar tiga fasa, terdiri dari tiga kawat penghantar yang mempunyai diameter kawat penghantar yang sama.

Jari-jari kawat penghantar tiga fas, yaitu : (r1), (r2) dan (r3).

1

2

3

d12

d23 d31

Gambar 4.2 Kawat Penghantar Tiga Fasa.

Kawat penghantar tiga fasa dengan susunan penghantar berbentuk segitiga terlihat pada gambar 4.2, jarak antara kawat penghantar adalah d12, d23 , d31.

Induktansi saluran kawat penghantar tiap fasanya :

( ) ( )

− −

= +

= +

1 1 1

3 12 23 31

4 4

1

1

. .

1 . .

.10 2.10 2

L L Int L Eks

d d d

L Ln

r

3

12 23 31 4

1

1

1 3

12 23 31

4 4

1

1 3

12 23 31 4

1 1

4 1

. . 2.10 1

4

. .

2.10 .

. . 2.10

.

d d d

L Ln

r

d d d

L Ln e Ln

r d d d

L Ln

r e

−

−

−

−

 

=    +   

 

=    +   

=

3

12 23 31 4

1 '

1

. . 2.10 d d d

L Ln

r

=

− H/km/fasa

Pada persamaan Induktansi saluran, baik saluran satu fasa maupun saluran tiga fasa dapat dilihat bahwa bentuk persamaan tersebut hampir sama, sehingga apabila ditulis secara umum, maka persamaan induktansi saluran sebagai berikut :

4

GMD

L 2.10 Ln

GMR

=

− H/km/fasa

GMD (Geometric Mean Distance), yaitu jarak rata-rata geometris.

Kawat penghantar satu fasa GMD = d12

Kawat penghantar tiga fasa GMD

=

³ d d₁₂

.

₂₃

.

d₃₁

GMR (Geometric Mean Radius), yaitu jari-jari menengah geometris.

Kawat penghantar padat, baik kawat penghantar satu fasa maupun kawat penghantar tiga fasa adalah sama :

'

0, 7788.

GMR = = r r

4.2.2. Induktansi Kawat Penghantar Berlilit.

Kawat penghantar berlilit (stranded conductor), paling banyak digunakan adalah kawat aluminium berinti baja (ACSR). Besarnya induktansi saluran tiga fasa sebagai berikut :

⁴

GMD

L 2.10 Ln

GMR

=

− H/km/fasa

GMR kawat penghantar berlilit dapat diperoleh, dengan melihat pada daftar tabel kawat penghantar berlilit yang sudah dihitung oleh pabrik pembuat kawat penghantar.

Apabila daftar tabel GMR tidak didapat secara teoritis dapat dihitung secara matematis sebagai berikut :

6 2

3 4 5

1

7

Gambar 4.3 Gambar Penampang Kawat Penghantar Berlilit.

Kawat penghantar berlilit dengan penampang pada gambar. 4.3, jumlah kawat

komponen ada 7 buah, dengan diameter kawat komponen yang sama.

Misalkan jari-jari kawat komponen adalah (r).Besarnya GMR kawat berlilit, apabila terdiri dari (N) buah kawat komponen sebagai berikut :

2 ' N N 1 N 1

N

12 13 14 1N

GMR = (r ) (2r)

⁻

(d .d .d ...d )

⁻

r^' =0, 778r

12, 12, 13,... 1_N

d d d d = Jarak antara pusat-pusat kawat komponen

4.2.3. Induktansi kawat penghantar berkas.

Kawat penghantar berkas pada saluran transmisi adalah apabila pada masing-masing fasa terdiri lebih dari satu buahkawat penghantar, pada umumnya terdiri dari 2 buah, 3 buah , dan 4 buah.

Contoh kawat penghantar berkas yang terdiri dari dua buah kawat penghantar tiap fasanya diperlihatkan pada gambar.4.4. berikut ini.

1 2

d

Gambar 4.4 Kawat Penghantar Berkas.

Kawat penghantar (1) dan (2) adalah kawat penghantar pembentuk berkas dan merupakan kawat berlilit.

Jarak berkas (d), panjangnya 45 cm atau 50 cm.

Besar induktansi kawat berkas tiap fasanya dapat dihitung :

( )

4

b

L 2.10 Ln GMD

GMR

=

− H/km.

3 12

. .

23 31

GMD

=

d d d

(

^GMR

)

_b

−

GMR kawat penghatar berkas.

GMR kawat penghantar berkas, apabila jumlah kawat penghantar pembentuk berkas adalah (m) sebagai berikut :

(

GMR

)

_b

=

^mD d d d_s

. . . ...

12 13 14 d1_m

Ds – GMR kawat penghantar pembentuk berkas.

Contoh model kawat berkas yang tiap fasanya terdiri 2, 3 dan 4 kawat pembentuk berkas sebagai berikut :

d

d d

d

d

d d

d

Gambar 4.5 Model Kawat Berkas Tiap Fasa.

1). Kawat berkas 2 kawat penghantar.

Tiap fasanya terdiri dari 2 kawat penghantar pembentuk berkas.

GMR kawat berkas: ( m = 2 )

(

GMR

)

_b

=

²D d_s

.

12

=

D d_s

.

2). Kawat berkas 3 kawat penghantar.

Tiap fasa terdiri dari 3 kawat penghantar pembentuk berkas.

GMR kawat berkas : ( m = 3 )

(

GMR

)

_b = ³D d d_s. .12 13 =³D d_s. ²

3). Kawat berkas 4 kawat penghantar.

Tiap fasa terdiri dari 4 kawat penghantar pembentuk berkas.

GMR kawat berkas : ( m = 4 )

( )

( )

4 4

12 13 14 4 3

. . . . . 2. .

1,09 .

s s

b b s

GMR D d d d D d d d

GMR D d

= =

=

4.3

Kapasitansi Saluran.

Kapasitansi saluran terjadi akibat selisih potensial antara penghantar-penghantar, kapasitansi antara penghantar-penghantar adalah muatan per unit selisih potensial.

Kapasitansi antara kawat penghantar sejajar adalah suatu konstanta yang tergantung pada ukuran kawat penghantar dan jarak pemisah antara kawat penghantar.

4.3.1. Kapasitansi Saluran Kawat Penghantar Padat.

1). Saluran satu fasa.

Saluran satu fasa terdiri dari dua kawat penghantar yang mempunyai jari-jari kawat penghantar yang sama, yaitu (r1) dan (r2).

Susunan kawat penghantar terlihat pada Gambar.5-6. Kapasitansi akan terjadi antara kawat penghantar dengan kawat penghantar atau antara kawat penghantar dengan bumi.

1 2

d12

bumi

Gambar 4.6 Kawat Penghantar Satu Fasa.

Pada kawat penghantar (1), besarnya kapasitansi adalah :

1

12 1

C

2

Lnd

r

= 

F/ km

Pada kawat penghantar (2), besarnya kapasitansi adalah :

2 12

2

C

2

d Ln r

= 

F/km



- Permitivitas (konstanta dielektrik)

r

.

o

   =



r - permitivitas relatif



o - permitivitas hampa udara (



_o = 8,855.10^-9 F/km ) Udara kering besarnya permitivitas relatif (



_r 1 ).

2). Saluran tiga fasa.

Pada gambar. 4.2. saluran tiga fasa dengan jarak antara saluran adalah d12 , d23. d31

dan dari ketiga kawat penghantar tersebut mempunyai jari-jari sama (r1 = r2 = r3 ).

Besarnya Kapasitansi tiap fasanya adalah :

12 23 31

C 2

d d d

Ln r

=  

F/km

Apabila ditinjau dari persamaan kapasitansi saluran satu fasa dan kapasitansi saluran tiga fasa, secara umum persamaan kapasitansi sebagai berikut :

C 2

Ln GMD r

= 

3 12

. .

23 31

GMD

=

d d d

r - jari-jari kawat penghantar tiap fasa.

4.3.2. Kapasitansi Kawat Penghantar Berlilit.

Pada saluran transmisi tiga fasa dengan kawat penghantar berlilit, dengan jarak tengah antara kawat penghantar d12 , d23. d31 terlihat pada Gambar 4.2., maka besarnya kapasitansi tiap fasanya sebagai berikut :

C 2

Ln GMD r

= 

3 12

. .

23 31

GMD

=

d d d

r - jari-jari luar kawat penghantar berlilit

4.3.3. Kapasitansi Kawat Penghantar Berkas.

Pada saluran transmisi tiga fasa dengan kawat berkas, dengan jarak antar kawat berkas d12 , d23. d31 , bsarnya kapasitansi kawat penghantar berlilit tiap fasanya dapat dihitung sebagai berikut.:

2

b

C GMD

Ln r

= 

3 12

. .

23 31

GMD

=

d d d

rb - jari-jari ekivalen kawat berkas.

Apabila saluran transmisi mempunyai jumlah kawat penghantar pembentuk berkas (m), maka jari-jari ekivalen kawat penghantar berkas dapat dihitung sebagai berikut :

12 13 14 1

. . . ...

m

b m

r = r d d d d

r - jari-jari kawat penghantar pembertuk berkas

Dapat dilihat pada Gambar. 5.5. susunan kawat berkas tiap fasanya yang terdiri dari 2, 3, 4, kawat penghantar pembentuk berkas.

1). Kawat berkas 2 kawat penghantar.

Tiap fasanya terdiri dari 2 kawat penghantar pembentuk berkas.

Jari-jari ekivalen kawat berkas : ( m = 2 ) r_b

=

²r d

.

₁₂

=

r d

.

2). Kawat berkas 3 kawat penghantar.

Tiap fasa terdiri dari 3 kawat penghantar pembentuk berkas.

Jari-jari ekivalen kawat berkas : ( m = 3 ) A

= 

r²

3). Kawat berkas 4 kawat penghantar.

Tiap fasa terdiri dari 4 kawat penghantar pembentuk berkas.

Jari-jari ekivalen kawat berkas : ( m = 4 )

= =

=

4 4

12 13 14 3 4

. . . 2. . 1,09 .

b b

r r d d d r d d d

r r d

4.4.

Reaktansi Induktif dan Reaktansi Kapasitif Saluran.

Pada saluran transmisi arus bolak-balik, maka induktansi saluran akan menimbulkan reaktansi induktif.

Besarnya reaktansi induktif saluran transmisi tiap fasanya adalah :

L

2

X =  L =  fL

Ohm/km f - frekuensi tegangan saluran transmisi.(Hz).

L – Induktansi saluran transmisi (H/km)

Apabila saluran transmisi semakin panjang, maka reaktansi induktif akan semakin besar, hal ini dalam saluran transmisi akan menimbulkan / menaikkan besarnya tegangan jatuh saluran transmisi. Besarnya reaktansi kapasitif saluran transmisi tiap fasanya adalah :

1 1

C

2

X =  C =  fC

Ohm.km f - frekuensi tegangan saluran transmisi (Hz).

C – kapasitansi saluran transmisi (F/km)

Semakin panjang saluran transmisi maka besarnya reaktansi kapasitif semakin kecil.

CONTOH SOAL

1. Hitung besarnya tahanan ac, dari kawat penghantar AAC 403 mm² dalam (ohm/km), pada keadaan temperatur 25^o C.

Kawat berlilit AAC mempunyai jumlah lapisan = 4.

Diketahui tahanan jenis :

6 25 2,89.10 .cm



= ⁻ 

Solusi :

( )

L R dc

= 

A

A = 403 mm² = 403.10^-6 m² L = 1 km = 10³ m



₂₅ =2,89.10⁻⁶.cm = 2,89.10^-8 Ω.m.

Tahanan dc pada suhu 25^o C sebagai berikut :

3 8

25 6

( ) 2,89.10 10 0, 0717 403.10

R dc

=

⁻ ₋

=

Ω/km.

Jumlah lapisan kawat berlilit ada 4 lapis, faktor koreksi karena panjang kawat penghantar adalah 2 %.

R₂₅(dc)=0, 0717.1, 02=0, 0731 / km

Tahanan ac pada suhu 25^o C sebagai berikut :

4

1 1

( ) 48 ( )

2

m

R ac R dc

 

+ +

 

 

=  

 

 

_{m=0, 0118 f A.} m=0, 0118 403.50 =1, 675

1, 675

4

1 1

( ) 48 0, 0731

R ac

2

 

+ +

 

 

=  

 

 

R(ac) = 1,039. 0,0731 = 0,0759 Ω/km

2. Pada soal no.1, tentukan tahanan dc dan tahanan ac kawat penghantar AAC pada suhu 50^o C.

Tahanan dc pada suhu 50^o C adalah :

 

 

2 1 1 2 1

50 25 25

1 (

( ) 1 (50 25)

t t t

R R t t

R dc R





= + −

= + −

( )

25

1

1 25 20

0, 00403

 =

+ −

= 3,95 .10^-3

R⁵⁰

(

dc

) = 0, 0731 1 3,95.10 [50 25] ( +

⁻³

− )

= 0,0803 Ω/km.

Tahanan ac pada suhu 50^o C adalah :

4

50

1, 675

1 1

( ) 48 0, 0803

R ac

2

 

+ +

 

 

=  

 

 

R₅₀(ac)=1, 039.0, 0803 = 0,0834 Ω/km.

3. Saluran transmisi 3 fasa, frekuensi tegangan 50 Hz. Susunan penghantar terlihat pada gambar.

R

T S

5 m 5 m

6 m

Saluran transmisi menggunakan kawat penghantar padat

dengan luas penampang 280 mm²

a. Hitung besarnya Induktansi saluran dan reaktansi induktif saluran b. Hitung Kapasitansi saluran dan reaktansi kapasitif. saluran

c. Apabila panjang saluran 100 km, hitung reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif sepanjang saluran

Solusi :

2.10

⁴

GMD

L Ln

GMR

=

− H/km

GMD

=

³d d d₁₂

. .

_{23 31} GMD= ³5.5.6=5, 313 m

Luas penampang kawat penghantar A

= 

r² maka :

280

9, 44 3,14

r A

=  = =

m

GMR = r^` = 0,7788 r = 0,7788. 9,44 = 7,351 mm = 7,351.10^-3 m.

Induktansi saluran tiap fasanya :

⁴

5,313

₃ ⁴

2.10 13,166.10

7,351.10

L

=

⁻ Ln ₋

=

⁻ H/km

Reaktansi induktif tiap fasanya :

X

_L

=  L = 2  fL

= 2.3,14.50.13,166.10^-4 = 0,413 Ohm/km.

Kapasitansi saluran tiap fasa :

2

C GMD

Ln r

=



9

3

2. .8,855.10 5, 315 9, 44.10

C

Ln



⁻

−

= =

0,09876 . 10^-9 F/km

Reaktansi kapasitif tiap fasa :

1 1

C

2

X

= 

C

= 

fC = 32,246. 10⁶ Ohm.km Reaktansi induktif tiap fasa sepanjang saluran :

X_L(100km)=0, 413.100=41,3 Ohm.

Reaktansi kapasitif tiap fasa sepanjang saluran :

6

32, 246.10

3

322, 46.10 322, 46

C

100

X

= = =

k. Ohm.

4. Saluran transmisi 3 fasa, dengan susunan kawat penghantar seperti pada soal No.1, kawat penghantar yang digunakan adalah kawat penghantar ACSR 140 mm² dengan diameter kawat 0,684 inchi, diketahui GMR = 0,0222ft.

• Hitung Induktansi saluran dan reaktansi induktif saluran

• Hitung Kapasitansi dan reaktansi kapasitif saluran.

Solusi :

2.10

4

GMD

L Ln

GMR

=

−

GMD = 5,313 m

GMR = 0,0222 . 0,3048 = 6,766 . 10^-3 m Induktansi saluran tiap fasa :

4 4

3

5, 313

2.10 13, 332.10

6, 766.10

L =

⁻

Ln

₋

=

⁻ H/km

Reaktansi Induktif saluran tiap fasa :

L

2

X =  L =  fL

= 2.3,14.50.13,332.10^-4 = 0,418 Ohm/km.

5. saluran penghantar berkas 3 fasa, tiap fasa dua penghantar pembentuk berkas dengan susunan penghantar mendatar dan jarak antar penghantar 4m.

Jenis kawat penghantar pembentuk berkas ACSR 644 mm² Diketahui GMR = 1,4173.10^-2 .

Hitung Reaktansi induktif saluran (frekuensi 50 Hz).

( )

2.10 4

b

L Ln GMD

GMR

= −

GMD

=

³d d d₁₂

. .

_{23 31} GMD= ³ 4.4.8 5,03= m GMR kawat berkas :

( )

_s

. 0, 014173.0, 45 0, 08

GMR b

=

D d

= =

m

− −

=2.10 ⁴ 5,03 =8,28.10 ⁴

L Ln0,08 H/km

Reaktansi induktif saluran :

2 2 .50.8, 28.10 4 0, 260

XL =



fL=



⁻ = Ω/km.

SOAL-SOAL

1. Kawat penghantar ACSR, dengan data jumlah kawat komponen dan diameter kawat komponen sebagai berikut :

Kawat aluminium = 54 / 2,60 mm Kawat inti baja = 7 / 2,60 mm

1). Tentukan jumlah lapisan kawat penghantar ACSR.

2). Hitung luas penampang dan diameter kawat penghantar ACSR.

3). Hitung tahanan dc dan tahanan ac penghantar ACSR pada suhu 65⁰ C.

2. Saluran transmisi 3 fasa, 50 Hz, tegangan 150 kV, panjang

Saluran 125 km, saluran transmisi menggunakan kawat penghantar berkas.

Susunan kawat penghantar vertikal dengan jarak antara kawat berkas 5 m, masing-masing kawat berkas terdiri dari 4 kawat penghantar dengan jarak berkas 45 cm.

Kawat penghantar yang digunakan adalah kawat penghantar ACSR 605.000 CM, dengan data sebagai berikut :

Tahanan ac : 0,1069 ohm/km Diameter : 2,4536 cm

GMR : 0,9967 cm

1). Hitung tahanan saluran transmisi tiap fasa.

2). Hitung reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif saluran transmisi tiap fasa.

BAB V

KARAKTERISTIK PENYALURAN DAYA

Pada saluran transmisi terdapat empat macam konstanta saluran transmisi, yaitu Tahanan saluran, Induktansi saluran, Kapasitansi saluran dan Konduktansi bocor saluran. Pada umumnya konduktansi bocor saluran, dalam perhitungan karakteristik saluran dapat diabaikan (karena sangat kecil)