Masalah Radiasi Tegangan Tinggi
Pendahuluan
kabel jarRencana pemerintah untuk meningkatan kesejahteraan rakyat melalui industrialisasi tampaknya merupakan suatu rencana yang patut didukung oleh semua pihak. Berbagai investasi dalam bidang industri pada saat ini telah banyak dilakukan oleh pihak swasta, baik melalui penanaman modal dalam negeri (PMDN) maupun melalui penanaman modal asing (PMA). Sedangkan dari pihak pemerintah sendiri rupanya juga sudah cukup banyak yang dikerjakan melalui sektor industri, antara lain melalui kiprah Badan Usaha Milik Negara (BUMN) yang tergabung dalam kelompok industri strategis (BPIS) dan juga melalui industri petrokimia, industri semen, industri logam dan industri berat lainnya. Tidak bisa dipungkiri bahwa semua kegiatan industri seperti di atas hanya dapat berjalan apabila tenaga listrik tersedia cukup memadai. Untuk mengatasi kebutuhan tenaga listrik tersebut, pihak pemerintah juga sudah memikirkannya antara lain melalui pembangunan pembangkit tenaga listrik berskala besar seperti yang ada di PLTU Suralaya (Jawa Barat), PLTU Paiton (Jawa Timur) dan PLTU Ujung Jati (Jawa Tengah) yang pada saat ini sedang dalam tahap pembangunan. Selain dari itu, pemerintah juga mengizinkan kepada pihak swasta untuk menanamkan modal dalam bidang penyediaan tenaga listrik daiam rangka pemenuhan kebutuhan listrik untuk industrialisasi. Hanya saja penjualan tenaga listrik yang dihasilkan oleh swasta kepada konsumen masih tetap melalui PLN sesuai dengan ketentuan perundangan yang berlaku.
Interkoneksi dan Transmisi Tenaga listrik
Pembangunan dalam sektor industri pada saat ini, sebenarnya merupakan kelanjutan pembangunan dari sektor-sektor lainnya yang telah dilakukan pada PJP I yang lalu. Pada PJP II ini pembangunan sektor industri diarahkan untuk menuju kepada kemandirian perekonomian nasional, meningkatkan kemampuan bersaing dan menaikkan pangsa pasar baik pangsa pasar dalam negeri maupun pangsa pasar luar negeri. Untuk dapat melakukan pembangunan sektor industri, masalah tenaga listrik merupakan salah satu faktor penentu yang harus diperhatikan dengan cermat. Kenaikan penyediaan tenaga listrik (daya terpasang kumulatif) sejak awal Pelita I sampai dengan akhir PJP I yang lalu, tampaknya merupakan indikasi keseriusan pemerintah untuk melakukan pembangunan sektor industri, seperti yang tampak pada grafik (terlampir).
Ketersediaan tenaga listrik selama PJP I yang meningkat pesat dengan laju pertumbuhan rata-rata 12,4 % per tahun dan pada akhir PJP I meningkat menjadi 17,5 % per tahun melebihi angka yang direncanakan yaitu 14,6 % per tahun. Laju pertumbuhan konsumsi tenaga listrik di Indonesia ternyata di atas angka rata-rata di Asia yang hanya sekitar 7,9 % per tahun dan jauh di atas rata-rata petumbuhan konsumsi tenaga listrik dunia yang hanya sekitar 3,6 % per tahun. Laju pertumbuhan tenaga listrik yang tinggi ini dapat dicapai dengan mengembangkan sistem jaringan terpadu.
Pengembangan sistem jaringan terpadu meliputi sistem interkoneksi pusat-pusat pembangkit tenaga listrik yang ada serta membangun sistem transmisi dari pusat pembangkit ke gardu induk. Pada saat ini interkoneksi di Indonesia baru dilaksanakan di Pulau Jawa, yaitu dengan sistem tegangan tinggi (75 kV dan 150 kV) serta tegangan ekstra tinggi (500 kV) yang menghubungkan beberapa PLTA dan PLTU yang terdapat di Jawa Barat, Jawa Tengah dan Jawa Timur, yaitu antara pusat pembangkit di Suralaya, Saguling, Semarang, Gresik dan Paiton. Sedangkan sistem distribusi (penyaluran) di Indonesia saat ini menggunakan tegangan 20 kV untuk primer dan 220/380 V untuk sekunder dengan frekuensi 50 Hz. Tujuan dari sistem interkoneksi dan transmisi secara terpadu ini antara lain untuk meningkatkan kemampuan suplai tenaga listrik, agar pada saat terjadi gangguan pada salah satu pusat pembangkit tidak terlalu berpengaruh pada konsumen. Sebagai contoh gangguan adalah pada PLTA yang sangat dipengaruhi oleh debit air, tandon air, limpahan dan daya muatnya. Sedangkan pada PLTU gangguan dapat berasal dari efisiensi kerja ketel uap, turbin dan sistem peralatan lainnya.
Sistem interkoneksi dan transmisi tersebut sering pula dinamakan dengan sistem Saluran Udara Tegangan (Ekstra) Tinggi yang sering disingkat dengan SUTET. Sistem interkoneksi dan transmisi tersebut saat ini memang harus dilakukan agar sistem jaringan terpadu dalam rangka pemenuhan kebutuhan tenaga listrik dapat dicapai. Namun dengan meningkatnya kesadaran masyarakat tentang masalah keselamatan kerja dan keselamatan lingkungan, maka masalah interkoneksi dan transmisi (SUTET) dengan tegangan tinggi atau ekstra tinggi menjadi suatu persoalan yang harus diperhatikan dengan cermat apabila jaringan tegangan tinggi tersebut melewati daerah permukiman. Kasus jaringan tegangan tinggi yang melewati daerah Gresik dan daerah Parung kiranya dapat menjadi pelajaran yang menarik untuk perencanaan interkoneksi dan transmisi pada masa mendatang. Apa yang menyebabkan masyarakat menjadi cemas bila daerahnya dilewati jaringan tegangan tinggi, tidak lain adalah karena rasa khawatir dan takut terkena radiasi tegangan tinggi. Apa sebenarnya radiasi tegangan tinggi tersebut akan dibahas pada uraian berikut ini.
Apakah Radiasi Tegangan Tinggi itu?
Masalah radiasi tegangan tinggi sebenamya sudah sejak lama dipikirkan oleh para ahli, paling tidak semenjak James Clark Maxwell mengumumkan teorinya tentang :A dynamic theory of the electromagnetic field, suatu teori revolusioner tentang pergeseran arus yang diramalkan dapat menimbulkan gelombang elektromagnet yang merambat dengan kecepatan cahaya. Pada waktu teori tersebut diumumkan (tahun 1865) Maxwell belum menyebutnya sebagai suatu radiasi seperti yang kita kenal saat ini. Secara teoritis elektron yang membawa arus listrik pada jaringan tegangan tinggi akan bergerak lebih cepat bila perbedaan tegangannya makin tinggi. Elektron yang membawa arus listrik pada jaringan interkoneksi dan juga pada jaringan transmisi, akan menyebabkan timbulnya medan magnet maupun medan listrik. Elektron bebas yang terdapat dalam udara di sekitar jaringan tegangan tinggi, akan terpengaruh oleh adanya medan magnet dan medan listrik, sehingga gerakannya akan makin cepat dan hal ini dapat menyebabkan timbulnya ionisasi di udara. Ionisasi dapat terjadi karena elektron sebagai partikel yang bermuatan negatif dalam gerakannya akan bertumbukan dengan molekul-molekul udara sehingga timbul ionisasi berupa ion-ion dan elektron baru. Proses ini akan berjalan terus selama ada arus pada jaringan tegangan tinggi dan akibatnya ion dan elektron akan menjadi berlipat ganda terlebih lagi bila gradien tegangannya cukup tinggi. Udara yang lembab karena adanya pepohon di bawah jaringan tegangan tinggi akan lebih mempercepat terbentuknya pelipatan ion dan elektron yang disebut dengan avalanche. Akibat berlipatgandanya ion dan elektron ini (peristiwa avalanche) akan menimbulkan koronaberupa percikan busur cahaya yang seringkali disertai pula dengan suara mendesis dan bau khusus yang disebut dengan bau ozone. Peristiwa avalanche dan timbulnya korona akibat adanya medan magnet dan medan listrik pada jaringan tegangan tinggi inilah yang sering disamakan dengan radiasi gelombang elektromagnet atau radiasi tegangan tinggi.
Berbahayakah Radiasi Tegangan Tinggi itu?
Secara umum setiap bentuk radiasi gelombang elektromagnet dapat berpengaruh terhadap tubuh manusia. Sel-sel tubuh yang mudah membelah adalah bagian yang paling mudah dipengaruhi oleh radiasi. Tubuh yang sebagian besar berupa molekul air, juga mudah mengalami ionisasi oleh radiasi. Seberapa jauh pengaruhnya terhadap tubuh manusia, tergantung pada batas-batas aman yang diizinkan. Sebagai contoh untuk radiasi nuklir yang aman bagi manusia (untuk pekerja radiasi) adalah dosis di bawah 5000 mili Rem per tahun, sedangkan untuk masyarakat umum adalah 10 % dari harga tersebut. Lantas bagaimanakah dengan batasan aman untuk radiasi tegangan tinggi?
Grafik Sejauh ini batasan aman untuk radiasi tegangan tinggi masih terus diteliti dan para ahli di seluruh dunia masih belum sampai kepada kata sepakat tentang batasan aman tersebut. Penelitian pengaruh radiasi tegangan tinggi sejauh ini baru diketahui akibatnya terhadap binatang percobaan di laboratorium. Radiasi tegangan tinggi (radiasi elektromagnet) ternyata mempengaruhi sifat kekebalan (imun) tikus-tikus percobaan. Apakah radiasi tegangan tinggi juga bersifat cocarcinogenik (merangsang timbulnya kanker), ternyata masih dalam taraf dugaan saja, karena tikus-tikus percobaan yang dikenai radiasi tegangan tinggi tidak ada yang menjadi terserang kanker, walaupun diramalkan kemungkinan terkena kanker dapat meningkat karenanya. Memang terdapat perbedaan antara manusia dan tikus, sehingga penelitian terhadap tikus-tikus tersebut mungkin lain hasilnya terhadap manusia. Walaupun demikian, usaha manusia untuk mengurangi dampak teknologi berupa jaringan interkoneksi dan transmisi tegangan tinggi yang dapat menimbulkan kemungkinan terkena radiasi tegangan tinggi tetap perlu dilakukan, agar diperoleh kepastian mengenai harga batas aman bagi manusia.
Satuan untuk mengukur radiasi tegangan tinggi tidaklah sama dengan satuan untuk radiasi nuklir yang menggunakan satuan REM, singkatan Rontgen Equivalent of Man. Satuan radiasi tegangan tinggi masih menggunakan satuan Weber/meter2, yaitu satuan flux dalam sistem mks. Mengingat bahwa l Weber/m2 sama dengan 104 gauss, sedangkan satuan untuk induksi magnetik telah ditentukan dengan satuan Tesla yang besarnya sama dengan 104 gauss, maka satuan radiasi tegangan tinggi dapat juga menggunakan satuan Tesla yang identik dengan Weber/m2.
Walaupun belum ada kata sepakat untuk menentukan batas aman bagi radiasi tegangan tinggi, namun Amerika Serikat sebagai negara industri yang banyak menggunakan jaringan tegangan tinggi, telah menetapkan batas aman sebesar 0,2 mikro Weber/m2. Sedangkan Rusia (bekas Uni Sovyet) menetapkan batas aman radiasi tegangan tinggi dengan faktor 1000 lebih rendah dari yang telah ditetapkan Amerika Serikat. Adanya perbedaan penetapan batas aman ini disebabkan karena penelitian mengenai dampak radiasi tegangan tinggi terhadap manusia masih belum selesai dan masih terus dilakukan. Hal menarik dari penentuan harga batas aman tersebut adalah bahwa Amerika Serikat yang menetapkan harga batas aman tersebut adalah Radiation Protection Board, sedangkan di Rusia oleh Ministry Of Health (Departemen Kesehatan), sedangkan di Australia oleh Australian Radiation Protection Society (ARPS), suatu lembaga non pemerintah. Lantas bagaimanakah dengan di Indonesia? Siapakah yang akan menetapkan harga batas aman radiasi tegangan tinggi? Apakah BATAN, apakah Departemen Perindustrian, apakah Departemen Kesehatan, apakah Menteri Negara Lingkungan Hidup ataukah pihak PLN sendiri yang banyak berkaitan dengan masalah jaringan tegangan tinggi. Masalah ini kiranya perlu segera ditetapkan, mengingat bahwa PLN masih akan membangun jaringan tegangan tinggi sebagai interkoneksi dan transmisi sepanjang 2000 km. Mudah-mudahan penetapan batas aman radiasi tegangan tinggi di Indonesia berdasarkan pertimbangan yang matang, sehingga masyarakat tidak menjadi takut dan khawatir bila daerahnya akan dilewati jaringan tegangan tinggi. Selain dari itu, penjelasan yang transparan dari pihak PLN kepada masyarakat perlu diberikan, agar program interkoneksi dan transimisi dapat berjalan lancar, sehingga program pembangunan sektor industri dapat dilaksanakan dengan sebaik-baiknya yang pada akhirnya kesejahteraan masyarakat diharapkan akan dapat meningkat. Semoga.
Minggu, 02 Mei 2010
KONDUKTOR
Mata Kuliah Teknik Tegangan Tinggi II
3.1 PENDAHULUAN
Konduktor adalah salah satu komponen utama dan instalasi listrik, yang berperan untuk menyalurkan arus dari satu bagian ke bagian lain dan juga untuk menghubungkan bagian-bagian yang dirancang bertegangan sama. Bahan umum konduktor yang digunakan adalah tembaga dan aluminium. Dilihat dari jenis isolasi yang digunakan, konduktor terdiri dari dua jenis, yaitu konduktor atau kawat telanjang dan konduktor berosilasi atau kabel.
Pada system tenaga listrik, konduktor bertegangan tinggi dijumpai pada transmisi, gardu induk, jaringan distribusi dan panel daya. Konduktor atau kawat telanjang digunakan untuk menyalurkan energi listrik dari satu gardu induk ke gardu induk yang lainnya; dan dari gardu induk ke trafo distribusi. Konduktor telanjang digunakan juga pada gardu induk dan panel sebagai rel pembagi daya. Kabel tegangan tinggi digunakan pada jaringan distribusi, terutama pada perkotaan yang penduduknya sangat padat. Kabel tegangan tinggi digunakan untuk menyalurkan energi listrik dari generator ke trafo daya, dari trafo daya ke panel kontrol pada gardu induk dan dari panel kontrol ke jaringan distribusi hantaran udara.
3.2 KAWAT TELANJANG
Konduktor umumnya terbuat dari bahan tembaga, aluminium dan aluminium campuran. Khusus untuk transmisi umumnya digunakan All-Aluminium Conductor (AAC), All-Aluminium-Alloy Conductor (AAAC), Aluminium Conductor Steel Reinforced (ASCR) dan Alluminium-Conductor Alloy Reinforced (ACAR).
Dilihat dari bentuk penampangnya, konduktor terdiri atas batangan, kawat pilin, konduktor berongga, dan konduktor berkas. Bentuk-bentuk konduktor tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Bentuk-bentuk konduktor
Konduktor batangan biasanya digunakan pada panel daya. Kawat pilin digunakan untuk jaringan distribusi dan transmisi, sedang konduktor berongga dan konduktor berkas digunakan pada transmisi tegangan tinggi. Konduktor berongga juga digunakan pada kabel yang mengalirkan arus besar.
Jika suatu konduktor bertegangan, maka di sekitar konduktor akan timbul medan elektirk dan medan elektrik terbesar terjadi pada permukaan konduktor. Kuat medan listrik itu tergantung pada diameter konduktor dan kehalusan permukaan konduktor.Kuat medan elektrik akan semakin besar jika diameter konduktor semakin kecil dan permukaannya semakin kasar. Jika kuat medan listrik tersebut melebihi kekuatan dielektrik udara atau media di sekitarnya, maka pada udara atau media yang bersentuhan dengan konduktor akan terjadi pelepasan muatan. Peristiwa ini disebut dengan korona, Korona yang terjadi pada transmisi tegangan tinggi menimbulkan rugi-rugi daya dan gangguan komunikasi. Untuk mencegah korona, maka kuat medan listrik di permukaan harus dikurangi hingga lebih kecil dari kekuatan dielektrik udara atau media sekitarnya. Hal ini dilakukan dengan memperbesar diameter penampang konduktor, tetapi hal ini tidak ekonomis dan membuat konduktor semakin kaku. Cara yang lebih ekonomis adalah dengan menggunakan penghantar berkas. Cara lain adalah dengan menggunakan penghantar berongga, di mana dengan cara ini dapat diperoleh konduktor berdiameter yang lebih besar dengan luas penampang yang sama dengan konduktor masif.
3.3 KABEL
Pada gambar 3.2 menunjukkan penampang konstruksi suatu kabel tiga fasa. Bagian utama dari kabel adalah inti atau konduktor, bahan isolasi, bahan pengisi, bahan pengikat, bahan pelindung beban mekanik dan selubung pelindung luar, semua bahan tersebut harus membentuk suatu konstruksi yang membuat kabel meskipun fleksibel tetap memiliki kekuatan mekanis yang memadai.
Kabel tegangan tinggi umumnya berinti tunggal dan berinti tiga, bahannya terbuat dari pilinan tembaga atau aluminium. Bentuk penampangnya tidak berupa lingkaran tetapi dibuat berbentuk sektoral agar dengan diameter luar yang tetap diperoleh luas penampang inti yang lebih besar. Atau dengan luas penampang inti yang tetap diperoleh diameter luar yang lebih kecil, sehingga ongkos pembuatannya lebih murah.
Gambar 3.2. Penampang Kabel Tegangan Tinggi
Inti dibungkus dengan bahan isolasi utama yang sifat mekanisnya sebagai berikut: fleksibel sehingga mudah digelar; dan perubahan kekuatan mekanisnya tidak begitu kentara jika suhunya berubah-ubah dari suhu kamar suhu operasi. Sifat termalnya yang utama adalah memiliki ketahanan termal yang tinggi, koefisien muai panas rendah, daya hantar panas tinggi dan tidak mudah terbakar. Sifat elektrik bahan isolasi yang utama adalah memiliki kekuatan dielektrik yang agak tinggi agar diameter luar dapat dikurangi sehingga ongkos pembuatan kabel berkurang., tahanan isolasi tinggi dan rugi-rugi dielektriknya rendah. Sedang sifa kimianya adalah tidak bereaksi dengan asam dan alkali pada suhu kerja dan tidak meresap air atau kedap air.
Bahan isolasi yang digunakan antara lain minyak, bahan polimer dan kertas yang diresapi minyak mineral. Jika bahan isolasi utama berupa bahan padat seperti polimer dan karet, maka karena permukaan konduktor yang tidak benar-benar mulus, maka diantara konduktor dan isolasi utama terdapat rongga. Untuk mengatasi hal ini, maka diantara konduktor dan isolasi utama dibuat lapisan tipis yang dibuat dari bahan silikon.
Ketiga inti kabel diikat dengan bahan isolasi yang disebut dengan isolasi pengikat. Ruang kosong yang terdapat diantara masing-masing isolasi utama maupun isolasi utama dengan isolasi pengikat diisi dengan bahan isolasi yang kualitasnya lebih rendah, seperti jerami atau potongan-potongan kertas. Kemudian isolasi pengikat dibungkus dengan selubung yang terbuat dari lempengan timah. Permukaan luar selubung timah dilapisi dengan pita atau kawat baja untuk meningkatkan kekuatan mekanis kabel. Lapisan baja ini harus dilapisi dengan bahan anti-karat.
Selubung timah dilapisi dengan bahan yang sifatnya seperti bantal, untuk melindungi isolasi pengikat dari tekanan mekanis yang berlebihan jika terjadi benturan mekanis pada bagian luar kabel. Kemudian bantalan diselubungi dengan pelindung yang berfungsi untuk melindungi kabel dari beban mekanis yang berasal dari luar kabel, bahnnya terbuat dari bahan anti karat. Lapisan terakhir adalah bahan pembungkus yang mencegah masuknya air ke dalam bahan pelindung.
Bahan isolasi utama kabel adalah kertas, maka harus dikeringkan terlebih dahulu, karena kertas yang dijumpai sehari-hari selalu lembab, sebab serat kertas menyerap air di udara sekitarmya. Pengeringan kertas dilakukan dalam baja vacum pada suhu 120-135 0C. Setelah itu dicelup dalam minyak mineral dan resin dalam baja vakum dan dikeringkan dalam bejana yang ditutup rapat. Minyak harus memiliki kekentalan yang rendah pada suhu pencelupan tetapi kekentalannya tinggi pada suhu operasi kabel, koefisien rendah dan titik bekunya.
Resin adalah bahan tambahan untuk mencegah terjadinya oksidasi sebab oksidasi dapat mempercepat penuaan dan pelapukan. Bahan tambahan juga diperlukan untuk mencegah penurunan viskositas minyak. Tegangan tembus listrik gabungan kertas dengan minyak lebih tinggi dari tegangan tembus masing-masing bahan jika sendiri-sendiri.
Ada kabel yang bahan isolasinya berupa serat yang diresapi minyak, jenis ini dibuat agar kabel lebih fleksibel sehingga mudah digelar. Penyambungan dalam jenis kabel ini beroleh keuntungan karena minyak tidak keluar dari ujung-ujung kabel sehingga rongga-rongga udara dalam isolasi kabel tidak terjadi. Kelemahan utama dari kabel ini terletak pada kemungkinan terjadinya gelembung gas pada saat beroperasi melayani beban yang berubah-ubah sehingga kabel mengalami pemanasan dan pendinginan secara bergantian. Karena koefisien pemuaian bahan isolasi kabel lebih besar daripada bahan pembungkusnya (biasanya dari timah), maka pemanasan kabel akibat pembebanan maksimum akan mengakibatkan pemuaian bahan isolasi lebih besar dari pemuaian yang terjadi pada pembungkus, sehingga pembungkus tersebut membengkak. Pada saat beban berkurang akan terjadi pendinginan yang mengakibatkan bahan isolasi menyusut sehingga terjadi rongga-rongga diantara pembungkus dengan isolasi yang lama-kelamaan akan terisi dengan gas yang berasal dari bahan isolasi. Karena proses difusi rongga-rongga gas tersebut menyusup ke permukaan inti kabel, yaitu kawasan dimana intensitas medan listrik tersebut maksimal. Di kawasan ini, rongga-rongga dapat mengalami tembus listrik sehingga terjadi peluahan sebagian didalam kabel yang mengawali terjadinya tembus listrik pada bahan isolasi. Peluahan sebagian tersebut dapat dicegah dengan mengurangi intensitas medan listrik pada permukaan inti kabel, yaitu dengan menambah tebal bahan isolasi dan konsekuensinya ongkos pembuatan kabel semakin tinggi. Akibatnya, kabel ini hanya digunakan untuk tegangan bolak-balik sampai 35 kV saja.
Di atas tegangan tersebut pengurangan intensitas medan elektrikdengan menambih tebal bahan isolasi tidak ekononis lagi.
Jenis bahan isolasi kabel yang lain adalah kertas yang diresapi dengan minyak bertekanan. Kabel mi digunakan untuk transmisi tegangan tinggi. Minyak bertekanan akan mencegah terbentuknya rongga-rongga gas dalam kabel, karena aliran minyak dalam kabel akan segera mengisi rongga tersebut dengan minyak. Dengan cara ini, kelemahan yang terdapat pada kabel berisolasi serat dapat diatasi, tetapi ongkos pembuatannya lebih tinggi karena adanya perangkat tambahan, yaitu alat untuk membuat minyak tetap bertekanan.
3.4 PARAMETER KONDUKTOR
Jika suatu konduktor dialiri arus listrik maka pada konduktor akan timbul panas akibat rugi-rugi daya (i2r), di mana hal mi akan membuat suhu konduktor naik. Di samping itu, suhu konduktor juga dapat naik oleh karena adanya pemanasan yang berasal dari sumber panas di sekitarnya, misalnya panas dari matahari, panas dari mesin-mesin, dan lain-lain. Agar sifat fisis bahan konduktor tidak berubah, maka kenaikan suhu konduktor dibatasi sampai 75° C. Oleh karena itu arus kontinu yang mengalir pada konduktor harus dibatasi, sedemikian hingga pada suhu 75° C, jumlah panas yang timbul pada konduktor sama dengan jumlah panas yang disebarkan konduktor ke medium sekitarnya. Arus tertinggi yang dapat dialirkan secara kontinu oleh suatu konduktor di mana arus tersebut tidak menimbulkan kenaikan suhu konduktor lebih dari 75° C disebut daya hantar arus (current carrying capacity). Dalam pemilihan suatu konduktor perlu diperhatikan agar arus kontinu yang akan dialirkan tidak mclebihi daya hantar arus konduktor yang dipilih.
Jarak antar konduktor atau spasi ditetapkan sedemikian sehingga tidak terjadi peluahan sebagian atau korona di permukaan konduktor. Untuk itu perlu pengetahuan tentang kuat medan elektnik pada permukaan masing-masing konduktor. Kuat medan elektrik tertinggi yang ditemukan harus lebih rendah dari kekuatan dielektrik bahan isolasi utama. Pada transmisi hantaran udara kuat medan pada permukaan konduktor direduksi dengan menggunakan penghantar berkas (bundled conductor). Di bawah ini diberikan kuat medan elektrik tertinggi pada permukaan konduktor sistim tiga fasa yang diperoleh secara pendekatan.
di maaa: J = jarak antar konduktor fasa (meter)
kb = faktor koreksi kuat medan konduktor bekas
yang tergantung kepada jumlah konduktor per fasa
re = jari-jari ekivalen konduktor (meter)
rk = jari-jari luar konduktor (meter)
n = jumlah berkas konduktor per fasa
Untuk konduktor tunggal, re sama dengan jari-jari luar konduktor (rk), sedang untuk konduktor berkas dihitung dengan persamaan di bawah ini:
di mana : s = jarak antar berkas konduktor (meter)
Nilai k tergantung kepada jumlah berkas konduktor per fasa, yang besarnya adalah seperti pada Tabel 3.1
Jarak antar konduktor pada jaringan hantaran udara, selain dibatasi oleh medan tertinggi yang diijinkan, dibatasi juga oleh jauh ayunan konduktor jika ditiup angin. Jauh ayunan tergantung kepada kecepatan angin, diameter konduktor, berat jenis konduktor, lendutan dan jarak rentangan. Konduktor yang lebih ringan harus lebih besar jarak antar konduktornya dari pada konduktor yang lebih berat.
Hal lain yang pèrlu diperhatikan dalam pemilihan konduktor adalah tahanannya, kekuatan mekanisnya, jari-jari geometris rata-rata (GMR = geometric mean radius) dan diameter luarnya. Tahanan kondoktor berpengaruh terhadap rugi-rugi daya dan jatuh tegangan (voltage drop) pada konduktor. Semakin besar tahanannya semakin besar rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada konduktor tersebut.
GMR dan diameter luar berpengaruh terhadap reaktansi induktif dan
kapasitif kondutor. Untuk jaringan hantaran udara tiga fasa yang ditrans-posisi, reaktansi dapat dihitung dengan rumus di bawah ini:
Di mana GMR = jari-jari geometris rata-rata konduktor (meter)
F = frekuensi tegangan transmisi (Hz)
L = panjang transmisi (km)
3.5 PEMILIHAN UKURAN KONDUKTOR
a. Ditinjau dari Segi Ekonomi
Ukuran konduktor transmisi dapat ditentukan berdasarkan pertimbangan
ekonomi dan teknis. Menurut Kelvin, biaya tahunan penyaluran adalah:
di mana:
He = harga energi terbuang ($/KW-Tahun)
I = arus per Konduktor
R = tahanan per meter per konduktor
Hk = harga konduktor per kilogram
m’ = berat kilogram semua konduktor per meter
bu = bunga uang per tahun dalam persen
Harga minimum diperoleh jika harga tahunan energi terbuang sama dengan bunga dari bagian modal yang dipertimbangkan sebanding dengan berat konduktor, yaitu:
Persamaan 3.6. dapat dituliskan menjadi:
di mana:
A = luas penampang 1 dalam mnf
? = tahanan jenis konduktor (Ohm mm2/m)
M = kerapatan konduktor (kg/cm3)
Dari persamaan 3.7. diperoleh ukuran konduktor yang ekonomis sebagai berikut:
b. Ditinjau dari Segi teknis
Dalam praktcknya, rumus Kelvin di atas jarang digunakan karena hasil yang diperoleh belum tentu memenuhi syarat teknis. Syarat-syarat teknis yang harus dipenuhi suatu konduktor adalah sebagai berikut:
1. Rugi-rugi .Watt (I2R) yang terjadi pada konduktor tidak melebihi yang diizinkan.
2. Jatuh tegangan (?V) pada konduktor tidak melebihi yang diizinkan.
3. Saat beroperasi tidak terjadi korona pada permukaan konduktor.
Perhitungan ukuran konduktor dilakukan dengan meninjau rangkaian ekivalen nominal
? transmisi seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3.a. Diagram fasor tegangan dan arus transmisi ini diberikan pada Gambar 3.3.b
Gambar 3.3. Rangkaian Ekivalen dan FasorArus –Tegangan Transmisi
Terlihat bahwa arus yang mengalir pada konduktor transmisi adalah Ik, di mana arus ini dapat dihitung dengan persamaan 1 .2. Artinya, konduktor harus mampu mengalirkan arus sebesar Ik. Oleh karena itu, daya hantar arus konduktor terpilih harus lebih besar dari Ik. Jika rugi-rugi yang diizinkan pada transmisi adalah ?P, maka tahanan konduktor maksimal adalah:
Menurut diagram fasor Gambar 3.3.b, arus konduktor lebih kecil dari pada arus beban Tetapi dalam perencanaan arus konduktor dapat dianggap sama dengan arus beban.
di mana:
Pb = besar beban yang diramalkan pada ujung penerima transmisi
Vr = tegangan fasa-fasa ujung penerima transmisi
Cos ? = faktor daya beban yang diramalkan
Jika panjang transmisi adalah l kilometer, maka tahanan konduktor per kilometer adalah:
Pada Lampiran A diberikan tabel yang memuat jenis, ukuran, dan karakteristik konduktor tembaga dan aluminium. Pada tabel tersebut dapat dicari konduktor yang tahanannya per kilometer Iebih kecil atau sama dengan R’. Selanjutnya dengan rumus di bawah mi dihitung parameter transmisi berdasarkan karakteristik dari konduktor yang di pilih.
Selanjutnya dapat dihitung arus dan tegangan jika transmisi menggunakan konduktor yang dipilih. Jika tegangan fasa ke netral ujung penerima adalah V maka arus kapasitansi pada ujung penerima adalah:
Arus pada konduktor transmisi menjadi:
Sudut fasa arys konduktor adalah:
Tegangan ujung p fasa ke nctral dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini:
Dengan demikian dapat dihitung tegangan jatuh pada konduktor yang dipilih, yaitu:
Jika ?V > ?Vizin maka dipilih konduktor yang ukurannya lebih besar dan pilihan pertama dan prosedur perhitungan di atas diulang kembali
sampai diperoleh ?V < ?Vizin
3.6 RELDAYA
Konduktor digunakan juga sebagai rel daya pada gardu induk dan panel. Rel daya untuk gardu induk umumnya terbuat dari konduktor kawat, sedang untuk panel terbuat dari batangan konduktor. Ukuran konduktor dipilih sedemikian rupa, sehingga mampu memikul arus yang akan disalurkan. Kemampuan menghantar arus konduktor dapat dilihat pada lampiran A. Jika pada rel mengalir arus hubung singkat, maka rel daya akan mengalami gaya elektromagnetik yang besarnya tergantung pada besarnya arus hubung singkat dan jarak antar rel. Oleh karena itu, jarak antar rel harus dirancang sedemikian rupa sehingga gaya yang diakibatkan arus hubung singkat tidak sampai merusak rel dan isolator penyangganya. Berikut ini akan diuraikan perihal gaya dan tekanan yang terjadi pada konduktor dan isolator penyangga suatu rel akiba arus hubung singkat.
a. Gaya dan Tekanan pada Rel Tunggal
Pada Gambar 3.4 ditunjukkan susunan rel suatu panel 3-fasa ac, di mana satu rel terdiri atas satu batang konduktor.
Jika arus simetri mengalir pada rel panel, maka tiap rel akan mengalami gaya. Gaya ini merupakan hasil interaksi arus pada suatu fasa dengan arus pada fasa yang lain.
Karena arus fasa berbeda fasa 120 derajat listrik satu dengan yang lain dan jarak antar fasa tidak sama, maka gaya pada setiap rel tidak sama. Gaya yang paling besar terjadi pada rel yang berada di tengah (fasa S) karena rel ini mengalami gaya dan kedua rel di sebelahnya. Resultan gaya yang dialami rel tengah adalah:
Rel dinyatakan dapat memikul arus hubung singkat yang diperkirakan jika gaya akibat arus hubung singkat tersebut menimbulkan tekanan pada satu batang konduktor lebih kecil atau sama dengan kekuatan mulur (yield strenght) rel.
di mana sm adalah kekuatan mulur rel (lihat karakteristik material Lampiran B).
Gaya yang terjadi pada isolator penyangga adalah:
Isolator dinyatakan memenuhi syarat teknis jika gaya yang terjadi padanya tidak melebihi batas pembebanan maksimal isolator.
a.Gaya dan Tekanan pada Rel Batang Ganda
Pada Gambar 3.5 ditunjukkan susunan rel panel 3-fasa ac di mana setiap rel terdiri atas dua batang konduktor. Hal seperti ini dijumpai pada panel daya berkapasitas besar, di mana arus yang akan dialirkan sangat besar hingga diperlukan dua atau lebih batang konduktor paralel pada setiap fasa. Agar konduktor-konduktor tersebut kokoh, di beberapa tempat diberi pengikat sehingga satu rel merupakan ikatan beberapa batangan konduktor. Dalam hal ini seikat konduktor yang membentuk rel fasa disebut konduktor fasa, sedang konduktor-konduktor yang membentuk satu rel disebut elemen konduktor.
Dalam panel ini ada dua jenis arus yang perlu dibedakan, yaitu: arus rel atau arus fasa (If ) dan arus elemen konduktor (Ie).
fasa adalah arus yang mengalir pada satu rel sedang arus elemen konduktor adalah arus pada satu batang konduktor yang membentuk rel tersebut. Besarnya arus elemen konduktor adalah sehagai berikut:
Gaya yang timbul pada satu rel sebagai hasil interaksi antar arus fasa disebut gaya fasa (Ff )Gaya ini dapat dihitung dengan Persamaan 3.18.
Pada satu rel terdapat dua atau lebih elemen konduktor yang masing - masing dialiri arus (Ie). Arus pada setiap elemen konduktor tersebut adalah sefasa. Jika banvak konduktor per fasa adalah dua, maka gaya yang dialami oleh satu elemen konduktor akibat arus elemen pada fasa itu sendiri adalah:
Jika banyaknya konduktor per fasa adalah tiga, maka €lemen konduktor yang berada di tengah akan mengalami dua gaya, yaitu gaya-gaya akibat interaksi arus elemen konduktor tengah dengan arus pada kedua elemen konduktor di sehelahnya. Kcdua gaya tersehut sama dan herlawanan arah, karena arus pada setiap elemen konduktor sefasa dan jarak masing-masing konduktor luar ke konuuktor tengah adalah sama, sehingga gaya yang dialami konduktor ten adalah no1. Konduktor luar akan mengalanli dua gaya, masing-ma hasil interaksi arus pada elemen tersebut dengan elemen konduktor lainnya. Superposisi kcdua gaya mi pada elemen konduktor luar adalah saling menjumlahkan dan besarnya adalah:
Dimana:
Fe-2 = gaya pada satu elemen konduktor (N)
li = jarak antar ikatan (cm)
Je = jarak antar elemen konduktor dalam satu rel (cm)
Jika banyaknya konduktor per fasa adalah tiga, maka elemen konduktor yang beada ditengah akan mengalami dua gaya, yaitu gaya-gaya akibat interaksi arus elemen konduktor tangah dengan arus pada kedua elemen konduktor disebelahnya. Kedua gaya tersebut sama dan berlawanan arah karena arus pada setiap elemen konduktor sefasa dan jarak masing-masing konduktor luar ke konduktor tengah adalah sama, sehingga gaya yang dialami konduktor tengah adalah nol. Konduktor luar akan mengalami dua gaya, masing-masing hasil interaksi arus pada elemen tersebut dengan elemen konduktor lainnya.
3.1 PENDAHULUAN
Konduktor adalah salah satu komponen utama dan instalasi listrik, yang berperan untuk menyalurkan arus dari satu bagian ke bagian lain dan juga untuk menghubungkan bagian-bagian yang dirancang bertegangan sama. Bahan umum konduktor yang digunakan adalah tembaga dan aluminium. Dilihat dari jenis isolasi yang digunakan, konduktor terdiri dari dua jenis, yaitu konduktor atau kawat telanjang dan konduktor berosilasi atau kabel.
Pada system tenaga listrik, konduktor bertegangan tinggi dijumpai pada transmisi, gardu induk, jaringan distribusi dan panel daya. Konduktor atau kawat telanjang digunakan untuk menyalurkan energi listrik dari satu gardu induk ke gardu induk yang lainnya; dan dari gardu induk ke trafo distribusi. Konduktor telanjang digunakan juga pada gardu induk dan panel sebagai rel pembagi daya. Kabel tegangan tinggi digunakan pada jaringan distribusi, terutama pada perkotaan yang penduduknya sangat padat. Kabel tegangan tinggi digunakan untuk menyalurkan energi listrik dari generator ke trafo daya, dari trafo daya ke panel kontrol pada gardu induk dan dari panel kontrol ke jaringan distribusi hantaran udara.
3.2 KAWAT TELANJANG
Konduktor umumnya terbuat dari bahan tembaga, aluminium dan aluminium campuran. Khusus untuk transmisi umumnya digunakan All-Aluminium Conductor (AAC), All-Aluminium-Alloy Conductor (AAAC), Aluminium Conductor Steel Reinforced (ASCR) dan Alluminium-Conductor Alloy Reinforced (ACAR).
Dilihat dari bentuk penampangnya, konduktor terdiri atas batangan, kawat pilin, konduktor berongga, dan konduktor berkas. Bentuk-bentuk konduktor tersebut ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1. Bentuk-bentuk konduktor
Konduktor batangan biasanya digunakan pada panel daya. Kawat pilin digunakan untuk jaringan distribusi dan transmisi, sedang konduktor berongga dan konduktor berkas digunakan pada transmisi tegangan tinggi. Konduktor berongga juga digunakan pada kabel yang mengalirkan arus besar.
Jika suatu konduktor bertegangan, maka di sekitar konduktor akan timbul medan elektirk dan medan elektrik terbesar terjadi pada permukaan konduktor. Kuat medan listrik itu tergantung pada diameter konduktor dan kehalusan permukaan konduktor.Kuat medan elektrik akan semakin besar jika diameter konduktor semakin kecil dan permukaannya semakin kasar. Jika kuat medan listrik tersebut melebihi kekuatan dielektrik udara atau media di sekitarnya, maka pada udara atau media yang bersentuhan dengan konduktor akan terjadi pelepasan muatan. Peristiwa ini disebut dengan korona, Korona yang terjadi pada transmisi tegangan tinggi menimbulkan rugi-rugi daya dan gangguan komunikasi. Untuk mencegah korona, maka kuat medan listrik di permukaan harus dikurangi hingga lebih kecil dari kekuatan dielektrik udara atau media sekitarnya. Hal ini dilakukan dengan memperbesar diameter penampang konduktor, tetapi hal ini tidak ekonomis dan membuat konduktor semakin kaku. Cara yang lebih ekonomis adalah dengan menggunakan penghantar berkas. Cara lain adalah dengan menggunakan penghantar berongga, di mana dengan cara ini dapat diperoleh konduktor berdiameter yang lebih besar dengan luas penampang yang sama dengan konduktor masif.
3.3 KABEL
Pada gambar 3.2 menunjukkan penampang konstruksi suatu kabel tiga fasa. Bagian utama dari kabel adalah inti atau konduktor, bahan isolasi, bahan pengisi, bahan pengikat, bahan pelindung beban mekanik dan selubung pelindung luar, semua bahan tersebut harus membentuk suatu konstruksi yang membuat kabel meskipun fleksibel tetap memiliki kekuatan mekanis yang memadai.
Kabel tegangan tinggi umumnya berinti tunggal dan berinti tiga, bahannya terbuat dari pilinan tembaga atau aluminium. Bentuk penampangnya tidak berupa lingkaran tetapi dibuat berbentuk sektoral agar dengan diameter luar yang tetap diperoleh luas penampang inti yang lebih besar. Atau dengan luas penampang inti yang tetap diperoleh diameter luar yang lebih kecil, sehingga ongkos pembuatannya lebih murah.
Gambar 3.2. Penampang Kabel Tegangan Tinggi
Inti dibungkus dengan bahan isolasi utama yang sifat mekanisnya sebagai berikut: fleksibel sehingga mudah digelar; dan perubahan kekuatan mekanisnya tidak begitu kentara jika suhunya berubah-ubah dari suhu kamar suhu operasi. Sifat termalnya yang utama adalah memiliki ketahanan termal yang tinggi, koefisien muai panas rendah, daya hantar panas tinggi dan tidak mudah terbakar. Sifat elektrik bahan isolasi yang utama adalah memiliki kekuatan dielektrik yang agak tinggi agar diameter luar dapat dikurangi sehingga ongkos pembuatan kabel berkurang., tahanan isolasi tinggi dan rugi-rugi dielektriknya rendah. Sedang sifa kimianya adalah tidak bereaksi dengan asam dan alkali pada suhu kerja dan tidak meresap air atau kedap air.
Bahan isolasi yang digunakan antara lain minyak, bahan polimer dan kertas yang diresapi minyak mineral. Jika bahan isolasi utama berupa bahan padat seperti polimer dan karet, maka karena permukaan konduktor yang tidak benar-benar mulus, maka diantara konduktor dan isolasi utama terdapat rongga. Untuk mengatasi hal ini, maka diantara konduktor dan isolasi utama dibuat lapisan tipis yang dibuat dari bahan silikon.
Ketiga inti kabel diikat dengan bahan isolasi yang disebut dengan isolasi pengikat. Ruang kosong yang terdapat diantara masing-masing isolasi utama maupun isolasi utama dengan isolasi pengikat diisi dengan bahan isolasi yang kualitasnya lebih rendah, seperti jerami atau potongan-potongan kertas. Kemudian isolasi pengikat dibungkus dengan selubung yang terbuat dari lempengan timah. Permukaan luar selubung timah dilapisi dengan pita atau kawat baja untuk meningkatkan kekuatan mekanis kabel. Lapisan baja ini harus dilapisi dengan bahan anti-karat.
Selubung timah dilapisi dengan bahan yang sifatnya seperti bantal, untuk melindungi isolasi pengikat dari tekanan mekanis yang berlebihan jika terjadi benturan mekanis pada bagian luar kabel. Kemudian bantalan diselubungi dengan pelindung yang berfungsi untuk melindungi kabel dari beban mekanis yang berasal dari luar kabel, bahnnya terbuat dari bahan anti karat. Lapisan terakhir adalah bahan pembungkus yang mencegah masuknya air ke dalam bahan pelindung.
Bahan isolasi utama kabel adalah kertas, maka harus dikeringkan terlebih dahulu, karena kertas yang dijumpai sehari-hari selalu lembab, sebab serat kertas menyerap air di udara sekitarmya. Pengeringan kertas dilakukan dalam baja vacum pada suhu 120-135 0C. Setelah itu dicelup dalam minyak mineral dan resin dalam baja vakum dan dikeringkan dalam bejana yang ditutup rapat. Minyak harus memiliki kekentalan yang rendah pada suhu pencelupan tetapi kekentalannya tinggi pada suhu operasi kabel, koefisien rendah dan titik bekunya.
Resin adalah bahan tambahan untuk mencegah terjadinya oksidasi sebab oksidasi dapat mempercepat penuaan dan pelapukan. Bahan tambahan juga diperlukan untuk mencegah penurunan viskositas minyak. Tegangan tembus listrik gabungan kertas dengan minyak lebih tinggi dari tegangan tembus masing-masing bahan jika sendiri-sendiri.
Ada kabel yang bahan isolasinya berupa serat yang diresapi minyak, jenis ini dibuat agar kabel lebih fleksibel sehingga mudah digelar. Penyambungan dalam jenis kabel ini beroleh keuntungan karena minyak tidak keluar dari ujung-ujung kabel sehingga rongga-rongga udara dalam isolasi kabel tidak terjadi. Kelemahan utama dari kabel ini terletak pada kemungkinan terjadinya gelembung gas pada saat beroperasi melayani beban yang berubah-ubah sehingga kabel mengalami pemanasan dan pendinginan secara bergantian. Karena koefisien pemuaian bahan isolasi kabel lebih besar daripada bahan pembungkusnya (biasanya dari timah), maka pemanasan kabel akibat pembebanan maksimum akan mengakibatkan pemuaian bahan isolasi lebih besar dari pemuaian yang terjadi pada pembungkus, sehingga pembungkus tersebut membengkak. Pada saat beban berkurang akan terjadi pendinginan yang mengakibatkan bahan isolasi menyusut sehingga terjadi rongga-rongga diantara pembungkus dengan isolasi yang lama-kelamaan akan terisi dengan gas yang berasal dari bahan isolasi. Karena proses difusi rongga-rongga gas tersebut menyusup ke permukaan inti kabel, yaitu kawasan dimana intensitas medan listrik tersebut maksimal. Di kawasan ini, rongga-rongga dapat mengalami tembus listrik sehingga terjadi peluahan sebagian didalam kabel yang mengawali terjadinya tembus listrik pada bahan isolasi. Peluahan sebagian tersebut dapat dicegah dengan mengurangi intensitas medan listrik pada permukaan inti kabel, yaitu dengan menambah tebal bahan isolasi dan konsekuensinya ongkos pembuatan kabel semakin tinggi. Akibatnya, kabel ini hanya digunakan untuk tegangan bolak-balik sampai 35 kV saja.
Di atas tegangan tersebut pengurangan intensitas medan elektrikdengan menambih tebal bahan isolasi tidak ekononis lagi.
Jenis bahan isolasi kabel yang lain adalah kertas yang diresapi dengan minyak bertekanan. Kabel mi digunakan untuk transmisi tegangan tinggi. Minyak bertekanan akan mencegah terbentuknya rongga-rongga gas dalam kabel, karena aliran minyak dalam kabel akan segera mengisi rongga tersebut dengan minyak. Dengan cara ini, kelemahan yang terdapat pada kabel berisolasi serat dapat diatasi, tetapi ongkos pembuatannya lebih tinggi karena adanya perangkat tambahan, yaitu alat untuk membuat minyak tetap bertekanan.
3.4 PARAMETER KONDUKTOR
Jika suatu konduktor dialiri arus listrik maka pada konduktor akan timbul panas akibat rugi-rugi daya (i2r), di mana hal mi akan membuat suhu konduktor naik. Di samping itu, suhu konduktor juga dapat naik oleh karena adanya pemanasan yang berasal dari sumber panas di sekitarnya, misalnya panas dari matahari, panas dari mesin-mesin, dan lain-lain. Agar sifat fisis bahan konduktor tidak berubah, maka kenaikan suhu konduktor dibatasi sampai 75° C. Oleh karena itu arus kontinu yang mengalir pada konduktor harus dibatasi, sedemikian hingga pada suhu 75° C, jumlah panas yang timbul pada konduktor sama dengan jumlah panas yang disebarkan konduktor ke medium sekitarnya. Arus tertinggi yang dapat dialirkan secara kontinu oleh suatu konduktor di mana arus tersebut tidak menimbulkan kenaikan suhu konduktor lebih dari 75° C disebut daya hantar arus (current carrying capacity). Dalam pemilihan suatu konduktor perlu diperhatikan agar arus kontinu yang akan dialirkan tidak mclebihi daya hantar arus konduktor yang dipilih.
Jarak antar konduktor atau spasi ditetapkan sedemikian sehingga tidak terjadi peluahan sebagian atau korona di permukaan konduktor. Untuk itu perlu pengetahuan tentang kuat medan elektnik pada permukaan masing-masing konduktor. Kuat medan elektrik tertinggi yang ditemukan harus lebih rendah dari kekuatan dielektrik bahan isolasi utama. Pada transmisi hantaran udara kuat medan pada permukaan konduktor direduksi dengan menggunakan penghantar berkas (bundled conductor). Di bawah ini diberikan kuat medan elektrik tertinggi pada permukaan konduktor sistim tiga fasa yang diperoleh secara pendekatan.
di maaa: J = jarak antar konduktor fasa (meter)
kb = faktor koreksi kuat medan konduktor bekas
yang tergantung kepada jumlah konduktor per fasa
re = jari-jari ekivalen konduktor (meter)
rk = jari-jari luar konduktor (meter)
n = jumlah berkas konduktor per fasa
Untuk konduktor tunggal, re sama dengan jari-jari luar konduktor (rk), sedang untuk konduktor berkas dihitung dengan persamaan di bawah ini:
di mana : s = jarak antar berkas konduktor (meter)
Nilai k tergantung kepada jumlah berkas konduktor per fasa, yang besarnya adalah seperti pada Tabel 3.1
Jarak antar konduktor pada jaringan hantaran udara, selain dibatasi oleh medan tertinggi yang diijinkan, dibatasi juga oleh jauh ayunan konduktor jika ditiup angin. Jauh ayunan tergantung kepada kecepatan angin, diameter konduktor, berat jenis konduktor, lendutan dan jarak rentangan. Konduktor yang lebih ringan harus lebih besar jarak antar konduktornya dari pada konduktor yang lebih berat.
Hal lain yang pèrlu diperhatikan dalam pemilihan konduktor adalah tahanannya, kekuatan mekanisnya, jari-jari geometris rata-rata (GMR = geometric mean radius) dan diameter luarnya. Tahanan kondoktor berpengaruh terhadap rugi-rugi daya dan jatuh tegangan (voltage drop) pada konduktor. Semakin besar tahanannya semakin besar rugi-rugi daya dan jatuh tegangan pada konduktor tersebut.
GMR dan diameter luar berpengaruh terhadap reaktansi induktif dan
kapasitif kondutor. Untuk jaringan hantaran udara tiga fasa yang ditrans-posisi, reaktansi dapat dihitung dengan rumus di bawah ini:
Di mana GMR = jari-jari geometris rata-rata konduktor (meter)
F = frekuensi tegangan transmisi (Hz)
L = panjang transmisi (km)
3.5 PEMILIHAN UKURAN KONDUKTOR
a. Ditinjau dari Segi Ekonomi
Ukuran konduktor transmisi dapat ditentukan berdasarkan pertimbangan
ekonomi dan teknis. Menurut Kelvin, biaya tahunan penyaluran adalah:
di mana:
He = harga energi terbuang ($/KW-Tahun)
I = arus per Konduktor
R = tahanan per meter per konduktor
Hk = harga konduktor per kilogram
m’ = berat kilogram semua konduktor per meter
bu = bunga uang per tahun dalam persen
Harga minimum diperoleh jika harga tahunan energi terbuang sama dengan bunga dari bagian modal yang dipertimbangkan sebanding dengan berat konduktor, yaitu:
Persamaan 3.6. dapat dituliskan menjadi:
di mana:
A = luas penampang 1 dalam mnf
? = tahanan jenis konduktor (Ohm mm2/m)
M = kerapatan konduktor (kg/cm3)
Dari persamaan 3.7. diperoleh ukuran konduktor yang ekonomis sebagai berikut:
b. Ditinjau dari Segi teknis
Dalam praktcknya, rumus Kelvin di atas jarang digunakan karena hasil yang diperoleh belum tentu memenuhi syarat teknis. Syarat-syarat teknis yang harus dipenuhi suatu konduktor adalah sebagai berikut:
1. Rugi-rugi .Watt (I2R) yang terjadi pada konduktor tidak melebihi yang diizinkan.
2. Jatuh tegangan (?V) pada konduktor tidak melebihi yang diizinkan.
3. Saat beroperasi tidak terjadi korona pada permukaan konduktor.
Perhitungan ukuran konduktor dilakukan dengan meninjau rangkaian ekivalen nominal
? transmisi seperti ditunjukkan pada Gambar 3.3.a. Diagram fasor tegangan dan arus transmisi ini diberikan pada Gambar 3.3.b
Gambar 3.3. Rangkaian Ekivalen dan FasorArus –Tegangan Transmisi
Terlihat bahwa arus yang mengalir pada konduktor transmisi adalah Ik, di mana arus ini dapat dihitung dengan persamaan 1 .2. Artinya, konduktor harus mampu mengalirkan arus sebesar Ik. Oleh karena itu, daya hantar arus konduktor terpilih harus lebih besar dari Ik. Jika rugi-rugi yang diizinkan pada transmisi adalah ?P, maka tahanan konduktor maksimal adalah:
Menurut diagram fasor Gambar 3.3.b, arus konduktor lebih kecil dari pada arus beban Tetapi dalam perencanaan arus konduktor dapat dianggap sama dengan arus beban.
di mana:
Pb = besar beban yang diramalkan pada ujung penerima transmisi
Vr = tegangan fasa-fasa ujung penerima transmisi
Cos ? = faktor daya beban yang diramalkan
Jika panjang transmisi adalah l kilometer, maka tahanan konduktor per kilometer adalah:
Pada Lampiran A diberikan tabel yang memuat jenis, ukuran, dan karakteristik konduktor tembaga dan aluminium. Pada tabel tersebut dapat dicari konduktor yang tahanannya per kilometer Iebih kecil atau sama dengan R’. Selanjutnya dengan rumus di bawah mi dihitung parameter transmisi berdasarkan karakteristik dari konduktor yang di pilih.
Selanjutnya dapat dihitung arus dan tegangan jika transmisi menggunakan konduktor yang dipilih. Jika tegangan fasa ke netral ujung penerima adalah V maka arus kapasitansi pada ujung penerima adalah:
Arus pada konduktor transmisi menjadi:
Sudut fasa arys konduktor adalah:
Tegangan ujung p fasa ke nctral dapat dihitung dengan persamaan di bawah ini:
Dengan demikian dapat dihitung tegangan jatuh pada konduktor yang dipilih, yaitu:
Jika ?V > ?Vizin maka dipilih konduktor yang ukurannya lebih besar dan pilihan pertama dan prosedur perhitungan di atas diulang kembali
sampai diperoleh ?V < ?Vizin
3.6 RELDAYA
Konduktor digunakan juga sebagai rel daya pada gardu induk dan panel. Rel daya untuk gardu induk umumnya terbuat dari konduktor kawat, sedang untuk panel terbuat dari batangan konduktor. Ukuran konduktor dipilih sedemikian rupa, sehingga mampu memikul arus yang akan disalurkan. Kemampuan menghantar arus konduktor dapat dilihat pada lampiran A. Jika pada rel mengalir arus hubung singkat, maka rel daya akan mengalami gaya elektromagnetik yang besarnya tergantung pada besarnya arus hubung singkat dan jarak antar rel. Oleh karena itu, jarak antar rel harus dirancang sedemikian rupa sehingga gaya yang diakibatkan arus hubung singkat tidak sampai merusak rel dan isolator penyangganya. Berikut ini akan diuraikan perihal gaya dan tekanan yang terjadi pada konduktor dan isolator penyangga suatu rel akiba arus hubung singkat.
a. Gaya dan Tekanan pada Rel Tunggal
Pada Gambar 3.4 ditunjukkan susunan rel suatu panel 3-fasa ac, di mana satu rel terdiri atas satu batang konduktor.
Jika arus simetri mengalir pada rel panel, maka tiap rel akan mengalami gaya. Gaya ini merupakan hasil interaksi arus pada suatu fasa dengan arus pada fasa yang lain.
Karena arus fasa berbeda fasa 120 derajat listrik satu dengan yang lain dan jarak antar fasa tidak sama, maka gaya pada setiap rel tidak sama. Gaya yang paling besar terjadi pada rel yang berada di tengah (fasa S) karena rel ini mengalami gaya dan kedua rel di sebelahnya. Resultan gaya yang dialami rel tengah adalah:
Rel dinyatakan dapat memikul arus hubung singkat yang diperkirakan jika gaya akibat arus hubung singkat tersebut menimbulkan tekanan pada satu batang konduktor lebih kecil atau sama dengan kekuatan mulur (yield strenght) rel.
di mana sm adalah kekuatan mulur rel (lihat karakteristik material Lampiran B).
Gaya yang terjadi pada isolator penyangga adalah:
Isolator dinyatakan memenuhi syarat teknis jika gaya yang terjadi padanya tidak melebihi batas pembebanan maksimal isolator.
a.Gaya dan Tekanan pada Rel Batang Ganda
Pada Gambar 3.5 ditunjukkan susunan rel panel 3-fasa ac di mana setiap rel terdiri atas dua batang konduktor. Hal seperti ini dijumpai pada panel daya berkapasitas besar, di mana arus yang akan dialirkan sangat besar hingga diperlukan dua atau lebih batang konduktor paralel pada setiap fasa. Agar konduktor-konduktor tersebut kokoh, di beberapa tempat diberi pengikat sehingga satu rel merupakan ikatan beberapa batangan konduktor. Dalam hal ini seikat konduktor yang membentuk rel fasa disebut konduktor fasa, sedang konduktor-konduktor yang membentuk satu rel disebut elemen konduktor.
Dalam panel ini ada dua jenis arus yang perlu dibedakan, yaitu: arus rel atau arus fasa (If ) dan arus elemen konduktor (Ie).
fasa adalah arus yang mengalir pada satu rel sedang arus elemen konduktor adalah arus pada satu batang konduktor yang membentuk rel tersebut. Besarnya arus elemen konduktor adalah sehagai berikut:
Gaya yang timbul pada satu rel sebagai hasil interaksi antar arus fasa disebut gaya fasa (Ff )Gaya ini dapat dihitung dengan Persamaan 3.18.
Pada satu rel terdapat dua atau lebih elemen konduktor yang masing - masing dialiri arus (Ie). Arus pada setiap elemen konduktor tersebut adalah sefasa. Jika banvak konduktor per fasa adalah dua, maka gaya yang dialami oleh satu elemen konduktor akibat arus elemen pada fasa itu sendiri adalah:
Jika banyaknya konduktor per fasa adalah tiga, maka €lemen konduktor yang berada di tengah akan mengalami dua gaya, yaitu gaya-gaya akibat interaksi arus elemen konduktor tengah dengan arus pada kedua elemen konduktor di sehelahnya. Kcdua gaya tersehut sama dan herlawanan arah, karena arus pada setiap elemen konduktor sefasa dan jarak masing-masing konduktor luar ke konuuktor tengah adalah sama, sehingga gaya yang dialami konduktor ten adalah no1. Konduktor luar akan mengalanli dua gaya, masing-ma hasil interaksi arus pada elemen tersebut dengan elemen konduktor lainnya. Superposisi kcdua gaya mi pada elemen konduktor luar adalah saling menjumlahkan dan besarnya adalah:
Dimana:
Fe-2 = gaya pada satu elemen konduktor (N)
li = jarak antar ikatan (cm)
Je = jarak antar elemen konduktor dalam satu rel (cm)
Jika banyaknya konduktor per fasa adalah tiga, maka elemen konduktor yang beada ditengah akan mengalami dua gaya, yaitu gaya-gaya akibat interaksi arus elemen konduktor tangah dengan arus pada kedua elemen konduktor disebelahnya. Kedua gaya tersebut sama dan berlawanan arah karena arus pada setiap elemen konduktor sefasa dan jarak masing-masing konduktor luar ke konduktor tengah adalah sama, sehingga gaya yang dialami konduktor tengah adalah nol. Konduktor luar akan mengalami dua gaya, masing-masing hasil interaksi arus pada elemen tersebut dengan elemen konduktor lainnya.
Gejala Korona Pada Sistem Tegangan Tinggi
Artikel kali ini akan menjelaskan mengenai gejala-gejala pada sistem tegangan tinggi, diantaranya teori yang akan dibahas adalah gejala korona, pengaruh udara pada korona, dan tegangan kritis korona.
Gejala Umum
Dengan semakin besarnya energi listrik yang disalurkan melalui kawat transmisi, maka makin tinggi pula kerugiannya, Namun hal ini dapat diminimalkan dengan menaikkan tegangan dari kawat tersebut, seperti telah dijelaskan pada artikel tegangan transmisi dan rugi-rugi daya di sini. Akan tetapi dengan menaikkan tegangan kerja transmisi, akan timbul pula faktor-faktor lain yang dahulunya belum kelihatan dan masih diabaikan.
Adapun faktor-faktor itu diantaranya:
• Adanya gejala korona yang semakin menonjol, yang berakibat adanya kerugian energi dan gangguan RI (radio interference) yang sifatnya merugikan.
• Dengan semakin tingginya tegangan maka timbul persoalan mengenai isolasi kawat, bentuk tower dan mungkin prosedur pengoperasiannya yang berbeda.
• Timbulnya masalah isolasi pada alat-alat yang menyebabkan perubahan konstruksi sehingga perlu menyelidiki lebih lanjut mengenai bahan-bahan isolasi.
Semua hal tersebut diatas, mengakibatkan kenaikan investasi yang lebih tinggi sehingga diperlukan penyelidikan, penyesuaian konstruksi, operasi dan lain-lain. Sedangkan persoalan yang akan dibahas disini hanyalah masalah yang pertama, yaitu timbulnya gejala korona.
Gejala Korona
Elektron yang bebas bergerak diudara umumnya berasal dari radiasi radio-aktif yang terdapat di alam bebas dan juga dengan adanya sinar kosmik. Elektron-elektron yang posisinya dekat dengan kawat trasnmisi dipengaruhi oleh adanya medan listrik yang menuju ke atau menjauhi kawat tersebut.
Selama gerakannya ini, elektron yang melewati gradient medan listrik akan bertubrukkan dengan molekul dari udara, yang kemudian terjadi ionisasi pada molekul tersebut. Karena adanya ionisasi tersebut, maka akan terdapat ion positif dan elektron yang bebas, yang akan akan mendorong terjadinya ionisasi lanjutan. Proses ini berkelanjutan yang kemudian membentuk banjiran elektron (avalance).
Bilamana banjiran elektron ini melintasi dua kawat yang sejajar, maka ia akan menyebabkan terjadinya perubahan pembagian gradient tegangan-tegangan dari udara diantara kedua kawat tersebut dan penataan kembali dari gradient ini dapat menyebabkan harga tegangannya melampaui kekuatan (tegangan breakdown) dari udara. Ini akan menyebabkan terjadinya kegagalan dari sifat isolasi yang dimiliki oleh udara yang terletak disekitarnya.
Bilamana penataan kembali ini hanya menyebabkan sebagian perubahan potensial gradient dari udara, misalnya hanya daerah sekitar kawat saja yang mengalami perubahan, maka perubahannya terbatas hanya pada satu kawat saja.
Oleh karena itu korona disifatkan sebagai:
“Terjadinya suatu pelepasan muatan yang bermula pada permukaan dari suatu kawat bila nilai medan listrik pada permukaan kawat itu melampaui nilai tertentu”
Sedangkan nilai tertentu tersebut adalah harga medan listrik dimana pada saat itu mulai terjadinya pelepasan muatan ke udara sekitarnya. Gejala ini dapat terjadi pada segala macam kawat, tidak peduli seberapa besar diameter kawat tersebut, asalkan diberi tegangan yang cukup tinggi. Didalam prakteknya, hal ini akan terjadi bila tegangan antara kawat fasa melebihi 100 kV. Namun bisa saja pada tegangan dibawah itu dapat terjadi,korona asalkan syarat-syarat untuk terjadinya korona sudah terpenuhi.
Gejala Umum
Dengan semakin besarnya energi listrik yang disalurkan melalui kawat transmisi, maka makin tinggi pula kerugiannya, Namun hal ini dapat diminimalkan dengan menaikkan tegangan dari kawat tersebut, seperti telah dijelaskan pada artikel tegangan transmisi dan rugi-rugi daya di sini. Akan tetapi dengan menaikkan tegangan kerja transmisi, akan timbul pula faktor-faktor lain yang dahulunya belum kelihatan dan masih diabaikan.
Adapun faktor-faktor itu diantaranya:
• Adanya gejala korona yang semakin menonjol, yang berakibat adanya kerugian energi dan gangguan RI (radio interference) yang sifatnya merugikan.
• Dengan semakin tingginya tegangan maka timbul persoalan mengenai isolasi kawat, bentuk tower dan mungkin prosedur pengoperasiannya yang berbeda.
• Timbulnya masalah isolasi pada alat-alat yang menyebabkan perubahan konstruksi sehingga perlu menyelidiki lebih lanjut mengenai bahan-bahan isolasi.
Semua hal tersebut diatas, mengakibatkan kenaikan investasi yang lebih tinggi sehingga diperlukan penyelidikan, penyesuaian konstruksi, operasi dan lain-lain. Sedangkan persoalan yang akan dibahas disini hanyalah masalah yang pertama, yaitu timbulnya gejala korona.
Gejala Korona
Elektron yang bebas bergerak diudara umumnya berasal dari radiasi radio-aktif yang terdapat di alam bebas dan juga dengan adanya sinar kosmik. Elektron-elektron yang posisinya dekat dengan kawat trasnmisi dipengaruhi oleh adanya medan listrik yang menuju ke atau menjauhi kawat tersebut.
Selama gerakannya ini, elektron yang melewati gradient medan listrik akan bertubrukkan dengan molekul dari udara, yang kemudian terjadi ionisasi pada molekul tersebut. Karena adanya ionisasi tersebut, maka akan terdapat ion positif dan elektron yang bebas, yang akan akan mendorong terjadinya ionisasi lanjutan. Proses ini berkelanjutan yang kemudian membentuk banjiran elektron (avalance).
Bilamana banjiran elektron ini melintasi dua kawat yang sejajar, maka ia akan menyebabkan terjadinya perubahan pembagian gradient tegangan-tegangan dari udara diantara kedua kawat tersebut dan penataan kembali dari gradient ini dapat menyebabkan harga tegangannya melampaui kekuatan (tegangan breakdown) dari udara. Ini akan menyebabkan terjadinya kegagalan dari sifat isolasi yang dimiliki oleh udara yang terletak disekitarnya.
Bilamana penataan kembali ini hanya menyebabkan sebagian perubahan potensial gradient dari udara, misalnya hanya daerah sekitar kawat saja yang mengalami perubahan, maka perubahannya terbatas hanya pada satu kawat saja.
Oleh karena itu korona disifatkan sebagai:
“Terjadinya suatu pelepasan muatan yang bermula pada permukaan dari suatu kawat bila nilai medan listrik pada permukaan kawat itu melampaui nilai tertentu”
Sedangkan nilai tertentu tersebut adalah harga medan listrik dimana pada saat itu mulai terjadinya pelepasan muatan ke udara sekitarnya. Gejala ini dapat terjadi pada segala macam kawat, tidak peduli seberapa besar diameter kawat tersebut, asalkan diberi tegangan yang cukup tinggi. Didalam prakteknya, hal ini akan terjadi bila tegangan antara kawat fasa melebihi 100 kV. Namun bisa saja pada tegangan dibawah itu dapat terjadi,korona asalkan syarat-syarat untuk terjadinya korona sudah terpenuhi.
Terima kasih atas kunjungan anda
Dunia Listrik - Tutorial Teknik Listrik, Artikel dan Software Teknik
* Beranda
* Forum Diskusi
* Daftar Isi
ingin tahu lebih? Cari artikel yang anda inginkan, dengan memasukkan kata kunci artikel yang anda cari !!!
Dunia Listrik » Beranda » Sistem Transmisi dan Distribusi » Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona
Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona
Seperti telah dijelaskan di artikel sebelumnya di sini, bahwa proses ionisasi yang terus-menerus dan berkelanjutan akan membentuk banjiran elektron. Maka pembentukan banjiran elektron ini tergantung pada kecepatan mula dari elektron dan percepatannya selama ia bergerak disepanjang jarak bebas antara dua tubrukkan. Ada gradient permukaan yang terbentuk dimana korona ini akan terjadi. Tegangan yang dimiliki pada gradient ini dinamakan “permukaan tegangan korona” atau secara tepat juga dinamakan permulaan tegangan korona mulai kelihatan.
Nilai dari tegangan ini tergantung pada:
• Keadaan atmosfer disekitarnya.
• Keadaan dari permukaan kawat.
• Bentuk susunan kawat.
Jadi tegangan kritis pada udara dan pada waktu terjadinya kegagalan sesuai dengan persamaan berikut:
Pada waktu terjadinya breakdown diudara Ed = 30 kV/cm atau 3000 kV/m.
Jadi tegangan kritis adalah sebesar:
D dan r didalam netral.
Bila dijadikan R.M.S maka:
Dan bila dirubah menjadi log 10, maka:
Didalam prakteknya, masih ada koreksi yang disebabkan oleh keadaan permukaan kawat yang tidak rata, karena itu harga diatas masih harus dikalikan dengan factor mo yang besarnya seperti dibawah ini:
• mo = 1,0 untuk kawat yang licin.
• mo = 0,98 s/d 0,93 untuk kawat kasar yang sudah lama dipasang.
• mo = 0,87 s/d 0,83 untuk kawat stranded terdiri dari 7 kawat halus.
• mo = 0,85 s/d 0,80 untuk kawat stranded yang terdiri dari 19, 37, 61, kawat halus.
Sehingga persamaan tegangan kritis menjadi:
Nilai ini berlaku pada cuaca cerah, sedangkan pada cuaca buruk (seperti mendung, hujan) naka harga tegangan harus dikalikan dengan factor koreksi untuk menyesuaikan dengan kenyataan. Adapun factor koreksinya adalah 0,8.
Jadi dalam hal ini, pada keadaan cuaca buruk:
Ed (RMS) = 0,8.Ed(RMS)t
Ed (RMS)t = Ed pada cuaca cerah.
Tegangan Kritis Bilamana Korona Mulai Kelihatan
Bilamana tegangan mencapai tegangan kritis maka korona ini belum kelihatan, sebab untuk menjadi kelihatan, maka muatan yang terdapat diudara haruslah menerima suatu energi tertentu, sebelum udara ini meneruskan ionisasinya yang disebabkan oleh adanya tubrukan elektron dengan atom yang lain.
Menurut “PEEK”, tegangan kritis ini haruslah mempunyai nilai sehingga melebihi harga tegangan breakdown dari udara sekelilingnya hingga jarak sebesar 0,03.d.r (meter) dari konduktor. Bilamana hal ini terjadi, maka korona akan mulai kelihatan. Oleh karena itu korona mulai kelihatan bilamana breakdown ini terjadi sampai pada suatu jarak (r + 0,03.d.r) dari titik tengah konduktor (bukan lagi berjarak = r), hingga tegangan kritis ini akan naik, sebab potensial gradient bertambah dari Ed menjadi Ev. Tetapi harga Ev tidak tetap karena ia bergantung dari besar jari-jari konduktor, sehingga:
dapat juga dituliskan;
Jadi tegangan kritis “korona kelihatan”, menjadi:
Nilai dari mv adalah tergantung pada keadaan konduktor, yaitu:
• mv = 1,00 untuk kawat yang licin.
• mv = 0,93 s/d 1,00 untuk kawaqt biasa.
• mv = 0,72 untuk korona pada sepanjang kawat.
• mv = 0,82 untuk korona yang tetap pada sepanjang kawat.
Dari persamaan itu terlihat bahwa tegangan kritis ini (tegangan kritis bilamana korona mulai kelihatan) dari kawat transmisi nilainya dapat dinaikkan dengan cara:
• Menaikkan jarak kedua kawat (D)
• Memperbesar diameter kawat (r)
Dari kedua alternatif diatas, lebih baik dipilih memperbesar diameter (r), karena dengan menaikkan nilai r, maka biaya untuk pembuatan tiang listrik dapat ditekan rendah dan juga reaktansi dari sistem transmisi dapat dibuat rendah.
Oleh karena itu, supaya r besar maka dapat dipakai kawat yang stranded atau bundle conductor. Didalam prakteknya penggunaan bundle conductor mungkin tidak menguntungkan pada sistem dengan tegangan lebih rendah dari 220 kV. Tetapi dengan sistem Tegangan Ekstra Tinggi, pengguna bundle conductor lebih menguntungkan.
Pada sistem tiga fasa, gradient tegangan dari setiap kawat tergantung dari susunan kawat tersebut. Sebagai contoh untuk menghitung gradient tegangan dari system tiga fasa adalah seperti berikut: misal setiap fasa terdiri dari satu kawat dan kawat disusun secara mendatar.
Gambar 1. Gradient tegangan pada susunan kawat secara mendatar
Nilai maksimum dari potensial gradient:
• Untuk korona yang kelihatan Vv:
Dan dikalikan dengan:
• Sehingga nilainya menjadi:
gv = 3000 kV/m
• jadi tegangan kritis korona kelihatan adalah:
terhadap netral/m
Bilamana diambil h = 0,05 D; 2h = jarak antara konduktor dengan bayangannya.
• Jadi tegangan kritis korona kelihatan adalah:
kV peak / m
• Nilai RMS dari tegangan kritis ini adalah:
kV (RMS) terhadap netral / m
Bilamana kawat terdiri dari kawat yang dibundel dan disusun secara horizontal.
Gambar 2. kawat susunan horizontal.
Nilai maksimum dari potensial gradient adalah:
Jika h = 0,5 D, maka:
Semoga bermanfaat,
Artikel Terkait
Sistem Transmisi dan Distribusi
* Tap Changer (Perubah Tap) Pada Transformator
* Proses Terjadinya Busur Api Pada Circuit Breaker
* Contoh Menentukan Sambungan Trafo Daya
* Belajar Dasar SCADA
Oleh: HaGe
Kategori: Sistem Transmisi dan Distribusi
Komentar :
0 komentar untuk “Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona”
Beri Komentar
Terima kasih atas kunjungan anda di blog Dunia Listrik, Semoga bermanfaat.
Untuk diskusi dan opini, silahkan kunjungi "Forum Dunia Listrik"
Dapatkan informasi melalui email, setiap artikel baru diterbitkan dengan mendaftarkan alamat email anda di fitur "Registrasi E-mail".
« Selanjutnya Sebelumnya » [Beranda]
Subscribe to: Post Comments
Gunakan Mesin Pencari Google ini, untuk menemukan artikel anda !!!
Registrasi E-mail
Dapatkan informasi artikel terbaru dari Dunia Listrik.
Klik ikon Einstein untuk mendaftarkan alamat e-mail anda.
Registrasi alamat email disini
Kami tidak akan mempublikasikan alamat e-mail anda kepada pihak manapun. Dijamin !
Jika anda tidak menerima konfirmasi pendaftaran email dari feedburner. Periksa Kotak SPAM atau BULK E-mail anda.
*** Terima Kasih ***
Forum Dunia Listrik
Untuk dapat ikut berdiskusi di Forum Dunia Listrik, silahkan lakukan Registrasi: DISINI..!!!
Arsip Blog
* ► 2008
o ► August
o ► September
o ► October
o ► November
o ► December
* ▼ 2009
o ► January
o ► February
o ► March
o ▼ April
+ Penggunaan Baterai Aki Pada Pusat Pembangkit Listr...
+ Electrostatic Precipitator
+ Bahaya Listrik
+ Motor Listrik AC Satu Fasa
+ Proteksi Penyulang - Kordinasi Relay Arus Lebih da...
+ Gejala Korona Pada Sistem Tegangan Tinggi
+ Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Kor...
+ Generator Sinkron
+ Prinsip Kerja Generator sinkron
+ Pengaturan Tegangan Generator Sinkron
+ Metode Paralel Generator Sinkron
o ► May
o ► June
+ AVR (Automatic Voltage Regulator)
o ► July
+ energy-efficient electric motor selection handbook...
+ Tutorial Motor Listrik
+ Tutorial Analisa Sistem Daya
+ Relay Arus Lebih
+ Sistem Satuan dan Ukuran Standar Kelistrikan
+ Listrik Prabayar Cegah Pembengkakan Biaya
+ PLN Siapkan 3 Langkah Atasi Krisis Listrik di Suma...
o ► August
+ Open Source Menyelamatkan Pasokan Listrik di Austr...
+ Hukum induksi magnetik Faraday
+ Hukum Interaksi Biot Savart
o ► September
+ Animasi Motor DC
+ Perubahan Reaktansi Mesin Listrik Pada Saat Terjad...
+ Standarisasi Motor Listrik
+ Relai Jarak / Distance Relay
o ► October
+ kode angka dalam sistem kelistrikan
+ Reverse Power Relay
+ Prinsip Kemagnetan
+ Elektromagnet
+ Fluksi Medan Magnet, Kuat Medan Magnet dan Kerapat...
+ Generator Set (GENSET)
+ Sistem-Sistem Pendukung pada GenSet
+ PLN Bangun Interkoneksi Sumatera-Malaysia
o ► November
+ Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan...
+ Project DL-1 dan Author Baru di Dunia Listrik
+ Animasi Generator DC dan Generator AC
+ Hukum-Hukum Dasar Listrik
+ Pemeliharaan Switchgear
+ Sinkronisasi
o ► December
+ Dasar-Dasar PLC
+ Scientific Calculator
+ Belajar Membuat Ladder OMRON
+ Mengenal peralatan instalasi listrik rumah tinggal...
+ Persoalan Pokok pada Pembangkit Tenaga Listrik
+ Berita Listrik Nasional Sepanjang Tahun 2009
* ► 2010
o ► January
+ SCADA
+ Jaringan Internet melalui Kabel Listrik
+ Daftar Istilah SCADA
+ Jenis-jenis Plug dan Socket Listrik
o ► February
+ Belajar Dasar SCADA
+ Karakteristik Relai Jarak (Distance Relay), Pola P...
+ Dasar-Dasar Pneumatik
+ Contoh Menentukan Sambungan Trafo Daya
o ► March
+ Konversi Daya
+ Kualitas Daya Listrik (Power Quality) - bagian 1
+ 200 MW PLTD Dapat Disubstitusi dengan PLTP Skala K...
+ Pemerintah Siap Bangun 93 Pembangkit Listrik Baru
+ Daftar Regulasi Tenaga Teknik Ketenagalistrikan Di...
o ► April
+ Proses Terjadinya Busur Api Pada Circuit Breaker
+ Tap Changer (Perubah Tap) Pada Transformator
Author
* HaGe
* Rasam Syamsudin
* Arif Uji
* Saepudin
* Susiono
* Chandra MDE
Blog Sahabat
* Electrical Science
* Electrical Power
* 500 kV Sub-Station
* Inside Power Station
* Teori Medan
* Analisa STL
* montir listrik
* TIPTL SMKN1
* TE-Links
* Lowongan Kerja
* Dunia HaGe
Dunia Listrik - Tutorial Teknik Listrik, Artikel dan Software Teknik
* Beranda
* Forum Diskusi
* Daftar Isi
ingin tahu lebih? Cari artikel yang anda inginkan, dengan memasukkan kata kunci artikel yang anda cari !!!
Dunia Listrik » Beranda » Sistem Transmisi dan Distribusi » Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona
Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona
Seperti telah dijelaskan di artikel sebelumnya di sini, bahwa proses ionisasi yang terus-menerus dan berkelanjutan akan membentuk banjiran elektron. Maka pembentukan banjiran elektron ini tergantung pada kecepatan mula dari elektron dan percepatannya selama ia bergerak disepanjang jarak bebas antara dua tubrukkan. Ada gradient permukaan yang terbentuk dimana korona ini akan terjadi. Tegangan yang dimiliki pada gradient ini dinamakan “permukaan tegangan korona” atau secara tepat juga dinamakan permulaan tegangan korona mulai kelihatan.
Nilai dari tegangan ini tergantung pada:
• Keadaan atmosfer disekitarnya.
• Keadaan dari permukaan kawat.
• Bentuk susunan kawat.
Jadi tegangan kritis pada udara dan pada waktu terjadinya kegagalan sesuai dengan persamaan berikut:
Pada waktu terjadinya breakdown diudara Ed = 30 kV/cm atau 3000 kV/m.
Jadi tegangan kritis adalah sebesar:
D dan r didalam netral.
Bila dijadikan R.M.S maka:
Dan bila dirubah menjadi log 10, maka:
Didalam prakteknya, masih ada koreksi yang disebabkan oleh keadaan permukaan kawat yang tidak rata, karena itu harga diatas masih harus dikalikan dengan factor mo yang besarnya seperti dibawah ini:
• mo = 1,0 untuk kawat yang licin.
• mo = 0,98 s/d 0,93 untuk kawat kasar yang sudah lama dipasang.
• mo = 0,87 s/d 0,83 untuk kawat stranded terdiri dari 7 kawat halus.
• mo = 0,85 s/d 0,80 untuk kawat stranded yang terdiri dari 19, 37, 61, kawat halus.
Sehingga persamaan tegangan kritis menjadi:
Nilai ini berlaku pada cuaca cerah, sedangkan pada cuaca buruk (seperti mendung, hujan) naka harga tegangan harus dikalikan dengan factor koreksi untuk menyesuaikan dengan kenyataan. Adapun factor koreksinya adalah 0,8.
Jadi dalam hal ini, pada keadaan cuaca buruk:
Ed (RMS) = 0,8.Ed(RMS)t
Ed (RMS)t = Ed pada cuaca cerah.
Tegangan Kritis Bilamana Korona Mulai Kelihatan
Bilamana tegangan mencapai tegangan kritis maka korona ini belum kelihatan, sebab untuk menjadi kelihatan, maka muatan yang terdapat diudara haruslah menerima suatu energi tertentu, sebelum udara ini meneruskan ionisasinya yang disebabkan oleh adanya tubrukan elektron dengan atom yang lain.
Menurut “PEEK”, tegangan kritis ini haruslah mempunyai nilai sehingga melebihi harga tegangan breakdown dari udara sekelilingnya hingga jarak sebesar 0,03.d.r (meter) dari konduktor. Bilamana hal ini terjadi, maka korona akan mulai kelihatan. Oleh karena itu korona mulai kelihatan bilamana breakdown ini terjadi sampai pada suatu jarak (r + 0,03.d.r) dari titik tengah konduktor (bukan lagi berjarak = r), hingga tegangan kritis ini akan naik, sebab potensial gradient bertambah dari Ed menjadi Ev. Tetapi harga Ev tidak tetap karena ia bergantung dari besar jari-jari konduktor, sehingga:
dapat juga dituliskan;
Jadi tegangan kritis “korona kelihatan”, menjadi:
Nilai dari mv adalah tergantung pada keadaan konduktor, yaitu:
• mv = 1,00 untuk kawat yang licin.
• mv = 0,93 s/d 1,00 untuk kawaqt biasa.
• mv = 0,72 untuk korona pada sepanjang kawat.
• mv = 0,82 untuk korona yang tetap pada sepanjang kawat.
Dari persamaan itu terlihat bahwa tegangan kritis ini (tegangan kritis bilamana korona mulai kelihatan) dari kawat transmisi nilainya dapat dinaikkan dengan cara:
• Menaikkan jarak kedua kawat (D)
• Memperbesar diameter kawat (r)
Dari kedua alternatif diatas, lebih baik dipilih memperbesar diameter (r), karena dengan menaikkan nilai r, maka biaya untuk pembuatan tiang listrik dapat ditekan rendah dan juga reaktansi dari sistem transmisi dapat dibuat rendah.
Oleh karena itu, supaya r besar maka dapat dipakai kawat yang stranded atau bundle conductor. Didalam prakteknya penggunaan bundle conductor mungkin tidak menguntungkan pada sistem dengan tegangan lebih rendah dari 220 kV. Tetapi dengan sistem Tegangan Ekstra Tinggi, pengguna bundle conductor lebih menguntungkan.
Pada sistem tiga fasa, gradient tegangan dari setiap kawat tergantung dari susunan kawat tersebut. Sebagai contoh untuk menghitung gradient tegangan dari system tiga fasa adalah seperti berikut: misal setiap fasa terdiri dari satu kawat dan kawat disusun secara mendatar.
Gambar 1. Gradient tegangan pada susunan kawat secara mendatar
Nilai maksimum dari potensial gradient:
• Untuk korona yang kelihatan Vv:
Dan dikalikan dengan:
• Sehingga nilainya menjadi:
gv = 3000 kV/m
• jadi tegangan kritis korona kelihatan adalah:
terhadap netral/m
Bilamana diambil h = 0,05 D; 2h = jarak antara konduktor dengan bayangannya.
• Jadi tegangan kritis korona kelihatan adalah:
kV peak / m
• Nilai RMS dari tegangan kritis ini adalah:
kV (RMS) terhadap netral / m
Bilamana kawat terdiri dari kawat yang dibundel dan disusun secara horizontal.
Gambar 2. kawat susunan horizontal.
Nilai maksimum dari potensial gradient adalah:
Jika h = 0,5 D, maka:
Semoga bermanfaat,
Artikel Terkait
Sistem Transmisi dan Distribusi
* Tap Changer (Perubah Tap) Pada Transformator
* Proses Terjadinya Busur Api Pada Circuit Breaker
* Contoh Menentukan Sambungan Trafo Daya
* Belajar Dasar SCADA
Oleh: HaGe
Kategori: Sistem Transmisi dan Distribusi
Komentar :
0 komentar untuk “Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Korona”
Beri Komentar
Terima kasih atas kunjungan anda di blog Dunia Listrik, Semoga bermanfaat.
Untuk diskusi dan opini, silahkan kunjungi "Forum Dunia Listrik"
Dapatkan informasi melalui email, setiap artikel baru diterbitkan dengan mendaftarkan alamat email anda di fitur "Registrasi E-mail".
« Selanjutnya Sebelumnya » [Beranda]
Subscribe to: Post Comments
Gunakan Mesin Pencari Google ini, untuk menemukan artikel anda !!!
Registrasi E-mail
Dapatkan informasi artikel terbaru dari Dunia Listrik.
Klik ikon Einstein untuk mendaftarkan alamat e-mail anda.
Registrasi alamat email disini
Kami tidak akan mempublikasikan alamat e-mail anda kepada pihak manapun. Dijamin !
Jika anda tidak menerima konfirmasi pendaftaran email dari feedburner. Periksa Kotak SPAM atau BULK E-mail anda.
*** Terima Kasih ***
Forum Dunia Listrik
Untuk dapat ikut berdiskusi di Forum Dunia Listrik, silahkan lakukan Registrasi: DISINI..!!!
Arsip Blog
* ► 2008
o ► August
o ► September
o ► October
o ► November
o ► December
* ▼ 2009
o ► January
o ► February
o ► March
o ▼ April
+ Penggunaan Baterai Aki Pada Pusat Pembangkit Listr...
+ Electrostatic Precipitator
+ Bahaya Listrik
+ Motor Listrik AC Satu Fasa
+ Proteksi Penyulang - Kordinasi Relay Arus Lebih da...
+ Gejala Korona Pada Sistem Tegangan Tinggi
+ Pengaruh Udara Pada korona dan Tegangan Kritis Kor...
+ Generator Sinkron
+ Prinsip Kerja Generator sinkron
+ Pengaturan Tegangan Generator Sinkron
+ Metode Paralel Generator Sinkron
o ► May
o ► June
+ AVR (Automatic Voltage Regulator)
o ► July
+ energy-efficient electric motor selection handbook...
+ Tutorial Motor Listrik
+ Tutorial Analisa Sistem Daya
+ Relay Arus Lebih
+ Sistem Satuan dan Ukuran Standar Kelistrikan
+ Listrik Prabayar Cegah Pembengkakan Biaya
+ PLN Siapkan 3 Langkah Atasi Krisis Listrik di Suma...
o ► August
+ Open Source Menyelamatkan Pasokan Listrik di Austr...
+ Hukum induksi magnetik Faraday
+ Hukum Interaksi Biot Savart
o ► September
+ Animasi Motor DC
+ Perubahan Reaktansi Mesin Listrik Pada Saat Terjad...
+ Standarisasi Motor Listrik
+ Relai Jarak / Distance Relay
o ► October
+ kode angka dalam sistem kelistrikan
+ Reverse Power Relay
+ Prinsip Kemagnetan
+ Elektromagnet
+ Fluksi Medan Magnet, Kuat Medan Magnet dan Kerapat...
+ Generator Set (GENSET)
+ Sistem-Sistem Pendukung pada GenSet
+ PLN Bangun Interkoneksi Sumatera-Malaysia
o ► November
+ Klasifikasi Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan...
+ Project DL-1 dan Author Baru di Dunia Listrik
+ Animasi Generator DC dan Generator AC
+ Hukum-Hukum Dasar Listrik
+ Pemeliharaan Switchgear
+ Sinkronisasi
o ► December
+ Dasar-Dasar PLC
+ Scientific Calculator
+ Belajar Membuat Ladder OMRON
+ Mengenal peralatan instalasi listrik rumah tinggal...
+ Persoalan Pokok pada Pembangkit Tenaga Listrik
+ Berita Listrik Nasional Sepanjang Tahun 2009
* ► 2010
o ► January
+ SCADA
+ Jaringan Internet melalui Kabel Listrik
+ Daftar Istilah SCADA
+ Jenis-jenis Plug dan Socket Listrik
o ► February
+ Belajar Dasar SCADA
+ Karakteristik Relai Jarak (Distance Relay), Pola P...
+ Dasar-Dasar Pneumatik
+ Contoh Menentukan Sambungan Trafo Daya
o ► March
+ Konversi Daya
+ Kualitas Daya Listrik (Power Quality) - bagian 1
+ 200 MW PLTD Dapat Disubstitusi dengan PLTP Skala K...
+ Pemerintah Siap Bangun 93 Pembangkit Listrik Baru
+ Daftar Regulasi Tenaga Teknik Ketenagalistrikan Di...
o ► April
+ Proses Terjadinya Busur Api Pada Circuit Breaker
+ Tap Changer (Perubah Tap) Pada Transformator
Author
* HaGe
* Rasam Syamsudin
* Arif Uji
* Saepudin
* Susiono
* Chandra MDE
Blog Sahabat
* Electrical Science
* Electrical Power
* 500 kV Sub-Station
* Inside Power Station
* Teori Medan
* Analisa STL
* montir listrik
* TIPTL SMKN1
* TE-Links
* Lowongan Kerja
* Dunia HaGe
Langganan:
Postingan (Atom)