PELINDUNGAN SALURAN TRANSMISI

Download filenya DISINI

DAFTAR ISI

ABSTRAK...........................................................................................................

KATA PENGANTAR ...........................................................................................

DAFTAR ISI .......................................................................................................

BAB I PENDAHULUAN ...................................................................................

1.1 Latar Belakang Masalah ..................................................................

1.2 Permasalahan ................................................................................

1.3 Tujuan Penelitian/Penulisan .............................................................

1.4 Batasan Masalah ............................................................................

1.5 Sistematik Penulisan ......................................................................

BAB II PEMBUMIAN ........................................................................................

2.1 Dasar Pembumian ..........................................................................

2.2 Pemilihan Sistem Pembumia ...........................................................

2.2.1 Sistem Yang Tidak Dibumikan ................................................

2.2.2 Rele Gangguan Tanah ............................................................

2.2.3 Pengaruh Metode Pembumian Pada Bedarnya Tegangan

Dinamis Yang amengenai Alat-alat Proteksi surja ......................

BAB III TEORI GELOMBANG BERJALAN PADA HANTARAN UDARA

TEGANGAN TINGGI .............................................................................

3.1 Sumber-sumber Gelombang Berjalan ...............................................

3.2 Bentuk dan Spesifikasi Dari Gelombang Berjalan..............................

3.3 Ekspresi Matematika Dari Gelombang Berjalan.................................

3.3.1 Puncak dan Ekor....................................................................

3.3.2 Panjang Gelombang...............................................................

BAB IV PELINDUNGAN SALURAN TRANSMISI .................................................

4.1 Kawat Tanah Udara (Overhead Ground Wire) ...................................

4.1.1 Sambaran Tak Langsung (Induced Stroke) ...............................

4.1.2 Sambaran Langsung Pada Menara ...........................................

4.1.3 Efek Tahanan Kaki Menara ......................................................

4.1.4 Efek Bentuk Gelombang .........................................................

4.1.5 Sambaran Pada Pertengahan Dua Menara (Midspan) ................

4.1.6 Representatif Tegangan Untuk Sambaran Pada Menara

Dinyatakan Dalam Arus I dan Arus Kilat I_°/2 ..............................

4.1.7 Perlindungan Gardu Induk .......................................................

4.2 Akibat Perlindungan Kawat Tanah ...................................................

4.3 Kegagalan Perlindungan ................................................................

4.4 Contoh Perlindungan Menetukan Sudut Perlindungan Pada Jaringan

Transmisi Tegangan Tinggi.............................................................

BAB V KESIMPULAN ......................................................................................

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................

LAMPIRAN ........................................................................................................

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada akhir abad ke-19 sistem tenaga listrik dibumikan. Hal ini dapat dimengerti karenapada waktu itu sitem-sistem tenaga listrik masih kecil, jadi bila ada gangguan kawat bumi arus gangguan masih kecil (± 5 A). Pada umumnya bila arus gangguan itu sebesar 5A atau lebih kecil busur listrik yang timbul pada kontak-kontak antara kawat yang terganggu dan bumi masih dapat padam sendiri (Self Extinguishng). Tetapi sistem-sistem tenaga itu makin lama makin besat\r baik panjangnya maupuan tenaganya. Dengan demikian arus yang timbul bila terjadi lagi gejala-gejala “Arching Grounds” semakin menonjol. Gejalan ini sangat berbahaya karena akan menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak alat-alat.

Oleh karena itu mulai abad-20, pada saat sistem-sistem tenaga mulai besar sistim-sistem itu tidak lagi dibiarkan terisolasi (Isolated) yang dinamakan system delta tetapi titik netral system itu dibumikan mulalui tahanan atau reaktansi. Pembumian itu umunya dilakukan dengan menghubungkan netral transformator ke bumi.

Pada umumnya di

Indonesia

, memakain jaringan transmisi tegangan tinggi.

Indonesia

yang terletak pada daerah khatulistiwa, jumlah hari guruh sangat tinggi. Di pulau Jawa jumlah hari buruh berkisar antara 90 – 200an. Sumber ganguan yang paling besar disalurakan transmisi adalah gangguan sambaran kilat dan kemudian menyusul kaarena gangguan alam lainnya.

1.2 Tujuan Penelitian/Penulis

Tujuan dari skripsi ini adalah untuk memperoleh pemahaman yang jelas m di engenai perhitungan pelindungan pada jaringan transmisi tegangan tinggi. Dan pada gilirannya penulis ini juga untuk memenuhi syarat kelulusan/pencapaian gelar sarjana.

1.3 Batasan Masalah

Penulisan hanya ingin membicarakan mengenai pengaman pendukung jaringan transmisi tegangan tinggi seperti pembumian untuk penyaluran daya yang berlebih akibat yang ditimbulkan sambaranpetir mengenai kawat tanah udara (Overhead Ground Wire) sebagai pelindung(Shielding) jaringan transmisi tegangan tinggi.

Penggunaan kawat tanah ditujukan untuk pengaman mengenai kawat fasa. Disini kawat tanah berfungsi sebagai pelindung (Shielding), energi sambaran kilat akan dialirkan kedalam bumi melalui tiang atau menara yang dibumikan setelah lebih dahulu ditangkap oleh kawat tanah tersebut.

Kita telah mengetahui bahwa kilat merupakan aspek gangguan yang berbahaya terhadap seluran transmisi yang menggagalkan keandalan dan keamanan sistem tenaga dan tak mungkin dihindarkan, sedangkan alat-alat pengaman seperti : Arester, Fuse Gap dan Rodgap terbatas kemampuannya maka untuk mengurangi akibat yang di timbulkan sambaran petir digunkanla kawat tanah udara (Overhead Ground Wire) sehigga koordinasi isolasi akan lebih ekonomis.

1.4 Sistematik Penulisan

Adapaun sistematik penulisan yang penulis lakukan adalah sebagai berikut :

BAB I. Pendahuluan

Berisi tentang latar belakang, batasan masalah, tujuan pembalian data, metode pengambilan data dan sistematik penulis.

BAB II. Pembumian

Bab ini berisi tentang dasar pembumian, pemulihan sistem pembumian, sistem yang tidak dibumikan, ground fault reaying, serta pengaruh metode pembumian pada besarnya tegangan dinamis yang mengenai alat-alat proteksi surja.

BAB III. Teori Gelombang Berjalan Pada Hantaran Udara Tegangan Tinggi

Pada bab ini akan di jelaskan tentang sumber-sumber gelombang berjalan, bentuk dan spesifikasi dari gelombang berjalan, ekspresi matematis gelombang berjalan, cres dan tail dan juga penjelasan tentang panjang gelombang.

BAB IV. Pembahasan Pelindung Pada Saluran Transmisi

Didalam bab ini dibahas tentang kawat tanah udara (Overhead Ground Wire), sambaran tidak langsung, pada menara, efek tahanan kaki menara dan efek bentuk gelombang, serta sambaran pada pertengahan dua menara, akibat pelindungan kawat tanah, contoh perhitungan pelindung pada jaringan transmisi tegangan tinggi.

BAB V Penutup

Pada bagian ini penulis akan mengambil beberapa kesimpulan dan bab ini juga merupakan bab terakhir dari saluran pembahasan.

BAB II

PEMBUMIAN

2.1 Dasar Pembumian

Tujuan pembumian pada dasarnya adalah :

- Ditujukan pada titik netral dan pembumian umum, dimaksudkan untuk mengurangi besar tegangan lebih surja dan mengontrol besarnya arus hubungan singkat.

- Pada sistem yang besar tidak dibumikan arus gangguan itu relative besar ( > 5 A ) sehingga busur listrik yang timbul tidak dapat padam sendiri, hal ini akan menyebabkan gejalan “Arching Ground”, pada sistem yang dibumikan gejala tersebut hamper tidak ada.

- Untuk membatasi tegang-tagangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu (sehat).

Pada sistem-sistem dibawah ini 115 KV banyak dipakai pembumian melalui Peterson Coil. Terutama di Eropa pembumian dengan Peterson Coil itu telah dimulai sejak tahun 1990, sedangkan Amerika SErikat baru dimulai sejak 1930-an.

Pada sistem yang tegangannya lebih besar (115 KV keatas) ada kecenderungan dengan pembumian tanpa impedansi (Solid Grounding) atau (Effektive Grounding).

Yang dimaksud dengan Effektive Grounding adalah pembumian dimana perbandingan antara reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga, dan perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan satu (X₀/X₁≤3;X₁≤1)

Sistem 30 KV dan 70 KV dengan Peterson Coil.
Sistem 150 KV dengan pembumian langsung.

Sistem 30 KV dan 70 KV sampai sekaranf merupakan bagian terbesar dari seluruh system.

2.2 Pemilihan Sistem Pembumian

Pemilihan system pembumian didasarkan atas factor.

- Selektivitas dan Sensitivitas Ground Fault Relaying

- Pembatasan arus gangguan tanah

- Tingkat yang di perlukan dari proteksi tegangan surja Arrester.

- Pembatasan tegangan lebih Transien.

2.2.1 Sistem Yang Tidak Dibumikan

Sistem yang tidak dibumikan adalah sistem dimana tidak terdapatnya hubungan yang tidak disengaja antara konduktor sistem tersebut dengan tanah. Sistem ini telah banyak di tinggalkan orang karena tidak sesuai dengan kondisi-kondisi yang diinginkan.

2.2.2 Rele Gangguan Tanah (Ground Fault Relaying)

Rele gangguan tanah akan berhasil dengan baik, tergantung dari besarnya arus gangguan ketanah. Sistem yang netralnya di bumikan dengan reaktansi. Pada umumnya arus gangguan tanah besarnya berada pada batas-batas (25%-100%) dari arus gangguan 3 fasa sistem yang dibumikan sistem yang dibumikan dengan tahanan, arus gangguan tanah besarnya 10%-25% dari gangguan 3 fasa.

Pada umunya kesuksesan dari rele gangguan tanah diperoleh bila arus gangguan tanah lebih besar dari 10% arus gangguan tanah.

Untuk sistem yang dibumikan melalui tahanan yang besa atau melalui Peterson Coil akan mempunyai arus gangguan kebumi yang sangat kecil.

Khusus untuk Peterson Coil biasanya dilengkapi dengan alat untuk menghubung langsung titik netral ke bumi pada waktu terjadinya gangguan yang permanent, dengan tujuan untuk memperbsar arus gangguan ke bumi dengan demikian rele anah yang konvesional dapat bekerja.

2.2.3 Pengaruh Metode Pembumian Pada Besarnya Tegangan Dinamis Yang Mengenai Alat-Alat Proteksi Surja.

Menurut Amaerika Istitute OF Electrical Engineers (AIEE) Commite Report atau laporan komite, Lighting Arrester dibagi atas dua kelompok, yakni “Arrester tipe dibumikan dari Arrester tipe yang dibumikan”

Arrester tipe dibumikan dapat dipergunakan bila arus gangguan 1 fasa ke bumi tidak kurang 60% dari arus gangguan 3 fasa. Kondisi diatas akan dipenuhi bila system dibumikan secara efektif (Effective Grounding) atau X₀/X₁≤3.Sedang Arrester tipe tidak dibumikan digunkan bilamana arus gangguan 1 fasa kurang dari 60% dari arus gangguan 3 fasa Lighting Arrester adalah alat yang sensitife terhadap tegangan dan hubungan antara kawat fasa dan bumi, maka tegangan dinamis pada Arrester tersebut tidak boleh melampaui nilai tegangan untuk segala keadaan operasi sistem.

Tegangan dinamis kawat fasa ke bumi dari suatu sistem 3 fasa akan menjadi tidak seimbang dalam keadaan gangguan tanah, dan besarnya tegangan ini tergantung dari kondisi sistem pada saat terjadinya gangguan dan besarnya impedansi pembumian.

BAB III

TEORI GELOMBANG BERJALAN

PADA HANTARAN UDARA TEGANGAN TINGGI

Teori gelombang berjalan pada kawat transmisi telah disusun secara intensif sejak tahun 1910, terlebih-lebih dalam 1930-an.

Persoalan gelombang berjalan ini sangat sukar, sehingga harus diadakan banyak penyederhanaan supaya dapat dipergunakan untuk keperluan teknik pada saat ini gelombang berjalan telah diselidiki pada :

Kawat Tunggal
Kawat Majemuk
Kecepatan mejemuk dari gelombang berjalan

Begian terbesar dari suatu mengenai gangguan pada system ialah teori gelombang berjalan, yaitu mengenai sumber gelombang, karakteristik serta keadaan pada titik peralihan dari transmisi.

3.1 Sumber-Sumber Gelombang Berjalan

Sampai saat ini sebab-sebab dari gelombang berjalan yang di ketahui ialah :

Sambaran kilat secara langsung pada kawat fasa
Sambaran kilat tidak langsung pada kawat fasa (Induksi)
Operasi hubung (Switching Operation)
Gangguan-gangguan pada sistem oleh berbagai kesalahan
Tegangan stady state

Semua macam sebab-sebab ini menimbulkan seya (surge) pada kawat fasa disebebkan oleh kelebihan energi secara tiba-tiba pada kawat. Energi ini merambat pada kawat fasa, sama halnya seperti kita melemparkan baru pada air yang tenang pada sebuah kolam. Energi yang merambat ini terdiri dari arus dan tegangan. Kecepatan merambat gelombang berjalan tergantung dari konstanta-konstanta kawat fasa. Pada kawat hantaran udara, kecepatan merambat ini kira-kira 1000ft/µ sec, jadi sama dengan kesepatan cahaya. Pada kebel tanah kira-kira 500 ft/ µ sec.

Dengan sendirinya segala macem diskontinuitas pada transmisi tidak mempunyai efek pada gelombang, sebelum gelombang mencapainya. Tetapi bila gelombang mencapai titik peralihan, terjadi perubahan gelombang sehingga terdapat sedikit perbedaan dengan gelombang semula.

Kecepatan Merambat

Apabila suatu gelombang energi listrik merambat sepanjang kawat fasa dengan konstanta L dan C, maka gelombang tegangan dengan arus merambat dengan kecepatan yang sama. Kedua besaran ini dihubungkan oleh suatu factor proposional yaitu karakteristik fasa itu.

Gambar 3.1 Kawat Transmisi dengan batere

Bila gelombang tegangan E sampai pada titik a, maka arus yang bersamaan dari tegangan itu akan mengisi kapasitor C pada tegangan E.

Muatan yang dibutuhkan untuk menaikan tegangan pada satu satuan panjang dama dengan CE.

Bila kecepatan merambat gelombang itu v cm/detik, maka jumlah muatan yang dibutuhkan untuk mengisi kawat sepanjang v cm tiap detik sama dengan C E v.

Muatan ini diberikan oleh arus uniform yang mengalir pada kawat, dan memberikan muatan C E v dalam satu detik dibutuhkan arus sebesar :

I = C E v .................................................................................................. (3.1)

Bila gelombang itu merambat sejauh x cm, maka energi elektrostatik pada bagian ini (x cm) ialah:

Wc = ½ C x E² ......................................................................................... (3.2)

Bila L sama dengan induktansi kawat per cm, maka dalam waktu yang sama, energi elektromagnetik pada kawat sepanjang x itu :

W_L = ½ L x I² ........................................................................................... (3.3)

Dimana :

Wc = Energi elektrostatik

W_L= Energi elektromagnetik

C = Kapasitor

L = Induktansi

E = Tegangan batere

I = Arus yang mengantar pada kawat fasa

Satu-satunya sumber energi disini batere. Bila dibutuhkan waktu t entuk merambat sepanjang x cm,

v = x / t .................................................................................................... (3.4)

Energi yang diberikan oleh batere

W_e = E I t

W_e = Wc + W_L

Jadi : E I t = ½ C x E² + ½ L x I²

E I = ½ C v E² + ½ L v I²

v = .................................................................................................... (3.5)

CE/I+LI/E

Dari, I = C E v

E I

I CV

Substitusikan, diperoleh

v =

I / v + L C v

v = atau

v = ±√...................................................................................................... (3.6)

Kedua harga + v dan – v berlaku, yaitu

v positif = gelombang maju

v negative = gelombang mundur

Untuk kawat hantaran udara jari-jari r dan tinggi h diatas tanah, mempunyai harga induktansi dan kapasitas masing-masing:

1 2h

L = + 10 ^-9 Henry / cm................................................................. (3.7)

2 r

Faktor ½ yang ditimbulkan pada induktansi persamaan (3.7), disebabkan oleh adanya fluks didalam kawat (Internal Flux(, dengan pemisahaan distribusi arus merata. Tetapi pada gelombang berjalan, “Transient Skin Effect” sangat besar, sehingga arus berkumpul pada permukaan kawat. Dengan demikian internal fluks lingkup sangat kecil dan dapat diabaikan, menjadi :

L = 2In 10 ^-9 Henry / cm ………………………………………………………(3.8)

10-11

Dan kapasintasinya : C = Farad / cm ............................................(3.9)

18In

jadi dengan mensubtitusi persamaan (3.8) dan (3.9) kepersamaan (3.6) akan diperoleh kecepatan gelombang berjalan sebesar :

v = 3.10 ¹⁰ cm / detik ............................................................................... (3.10)

Dari persamaan (3.10) terlihat bahwa kecepatan gelombang berjalan pada kawat hantaran udara adalah sama dengan kecepatan cahaya dalam hampa udara.

Sedangkan untuk kabel konduktor padat dengan jari-jari (r) dan isolasi pembungkus berjari-jari (R) serta permitivitas (ε) :

R 1 r² r⁴ r⁶

L = 2 (In + - + + ) 10 ^-9

r 2 3R² 12R⁴ 60R⁶

Tetapi fluks lingkup dalam dapat diabaikan, karena r jauh lebih kecil dari R maka

r²

faktor dan seterusnya dapat diabaikan, maka akan didapat :

3R²

L = 2.10-9 In (Henry/cm) ...................................................................... (3.11)

ε.10 ^-11

C = (Farad/cm) ........................................................................... (3.12)

18 In

Jadi kecepatan merambat pada kabel adalah :

3.10

v = cm /detik .................................................................................... (3.13)

√ ε

Untuk kabel-kabel yang tersedia umumnya ε – 2.5 – 4 jadi kecepatan merambat dalam kabel kira-kira ½ sampai ²/₃ kecepatan cahaya.

3.2 Bentuk dan Spesifikasi dari Gelombang

Bentuk umum suatu gelombang berjalan digambar sebagai berikut :

Gambar 3.2 : Spesifikasi gelombang

a. Spesifikasi gelombang berjalan

b. Muka dan ekor gelombang

Spesifikasi dari suatu gelombang berjalan :

Tegangan puncak (Crest) dari gelombang, E (KV), yaitu amplitude maksimun dari gelombang.
Muka gelombang (Front), t₁ (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak. Dalam praktek ini diambil dari 10% E samapi 90%E, lhat gambar 3.2b.
Ekor gelombang (Tail) yaitu bagian kebelakang puncak. Panjang gelombang (Lengght) t₂ (mikrodetik) yaitu waktu dari permulaan sampai titik 50% E pada tail.
Polaritas (Polarity) yaitu polaritas dari gelombang positif atau negative. Suatu gelombang berjalan (surja) dinyatakan sebagai berikut :

E, t₁ x t₂

Jadi suatu gelombang dengan polaritas positif, crest = 1000 KV, front 3 mikrodetik, dan panjang 21 mikrodetrik dinyatakan sebagai : + 1000, 3 x 21.

3.3 EKspresi Matematis Gelombang Berjalan

Ekspresi dasar dari gelombang berjalan secara matematis dinyatakan dengan persamaan dibawah ini :

e (t) = E (e ^–at – e ^–bt)

E, a dan b adalah konstanta.

Dari variasi a dan b dapat dibentuk berbagai macam bentuk gelombang yang dapat dipakai sebagai pendekatan dari gelombang berjalan, misalkan :

a. Gelombang persegi yang sangat panjang :

a. = 0

b = ∞

e = E

b Gelombang eksponsial

a = ∞

e = E e^-at

c. Gelombang dengan muka linier

a = 0

b 0 bE terbatas (Finite)

E ∞

e = E (1 – e ^–bt) / b = E (bt – b t / 2 + ……)

=(bE)t

d. Gelombang Snus Teredam

a. = α – jw

b = α + jw

E = E₀ / 2 j

e = E / 2j e ^{–α t} (e ^jwt– e ^–jwt)

= E e^{–α t}sin wt

e Gelombang kilat tipikal

b Terbatas serta riil

Bentuk-bentuk gelombang yang lain dapat dimisalkan sebagai kombinasi dari bentuk-bentuk diatas.

Gambar. 3.4 Gelombang Kombinasi

Gelombang persegi yang sangat panjang sering digunakan dalam mengitung gelombang berjalan terhadap keamanan sistem, kerena gelombang seperti ini paling berbahaya bagi peralatan. Kecuraman gelombang akan menyebabkan gradient yang maksimun sedangkan ekor yang panjang menyebabkan osilasi maksimun pada belitan kumparan mesin.

Gangguan kilat tipikal merupakan bentuk yang paling mirip dengan bentuk gelombang surja petir(Lighting surge) yang dilihat pada osiloskop. Bentuk gelombang ini tergantung dari a dan b, sebaliknya bila spesifikasi gelombang diberi a, b, dan E dapat dicari.

Bila E, a, b, diketahui dapat ditentukan puncak, muka, dan panjang gelombang itu.

3.3.1 Puncak dan Ekor (Crest dan Tail)

Crest terjadi pada saat t = t₁, yaitu waktu untuk mencapai tegangan puncak

d e t

E (-a e^-at – b e ^–bt) = 0

ae ^–at1 = be ^-bt1

Maka

In b / a In b / a

t1 = = 1/a = B / a.............................................. (3.14)

b – a b / a – 1

dan

E _puncak = E (e^-B – e ^Bb/a) ............................................................................... (3.15)

3.3.2 Panjang Gelombang

Waktu sampai ½ puncak = t₂

E _puncak /2 = E (e ^–Bt2/t1 – e ^–bt₂)

= E (e ^–Bt₂^{/ t1}– e ^(b/a)Bt₂^/t₁)

½ E (e^-B – e^-Bb/a) = E (e ^Bt2/t1 – e^-(b/a)Bt₂^/t₁)

Persamaan ini menyatakan hubungan antara t₂/t₁ untuk berbagai tertentu dari b/a. Tetapi karena persamaan ini transcendental, maka untuk mencari t₂/t₁ karena dengan jalan mengisi harga-harga tertentu (membuat grafik) atau dengan jalan pendekatan.

Grafik yang dipergunakan dibawah ini :

Gambar. 3.5 Grafik Panjang Gelombang

Grafik ini menunjukan hubungan-hubungan :

at₁ sebagai b/a dari persamaan (3.11) E _erest / E sebagai b/a dari persamaan (3.15) t₂/t₁ sebagai fungsi b/a dari persamaan (3.16).

Contoh penggunaan grafik untuk menetukan konstanta-konstanta a, b, dan E, untuk gelombang + 1000, 3 x 21 : t₂/t_{1
= 7.}Dari lengkungan t₂/t₁ didapat b/a = 28.5, Selanjutnya dari b/a ini didapat at₁ = 0,122/3 = 0,28

Jadi : a = 0,122/t₁ = 0,122/3 = 0,041

b = 28,5 a = 28,5 x 0,041 = 1,15

E = E₁/0,825 = 1000/0,825 = 1175

Gelombang tersebut adalah

E = 1175 (e^-0,041 – e^-1,151)

BAB IV

PELINDUNG SALURAN TRANSMISI

Seperti kita ketahui bahwa kilat merupakan suatu aspek gangguan yang berbahaya terhadap saluran transmisi yang dapat menggagalkan keandalan dan keamanan system tenaga dan tak mungkin dihindari, sedangkan alat-alat pengaman seperti, arrester, fusegap dan rodgap terbatas kemampuanya, maka untuk mengurangi akibat yang ditimbulkan digunakan kawat sehingga koordinasi isolasi akan ekonomis .

Penggunaan kawat tanah di tujukan untuk pengaman saluran transmisi terhadap sambaran kilat. Khususnya sambaran langsung mengenai kawat fasa. Disini kawat tanah berfungsi sebagai perisai. Energi sambaran kilat akan dialirkan ke dalam tanah melalui menara atau tiang yang ditanahkan oleh tanah tersebut.

Diantara pertimbangan-pertimbangan yang diambil dalam perancangan pemeriaian saluran transmisi adalah letak kawat tanah terhadap kawat fasa. Karena kawat tanah harus diletakkan sedemikian rupa, maka sembaran-sambaran kilat terpusat pada kawat tanah saja sehingga persentase kecil saja pada kawat fasa.

4.1 Kawat Tanah UDara (Overhead Ground Wire)

Kawat tanah udara adalah kawat konduktor, st atau AsCR ditempatka diatas kawat-kawat fasa. Mulanya kawat ini dimaksudkan sebagai proteksi terhadap induced stroke (induksi yang disebabkan oleh sambaran kilat disekitar kawat transmisi, jadi sambaran tidak langsung). Akan tetapi kemudian ternyata dari praktek maupun teori sebagi utama yang menimbulkan gangguan adalah sambaran langsung atau direct stroke.

4.1.1 Sambaran Tak Langsung (Induced Stroke)

Ketika arus listrik melalui awan jatuh kebumi, arus listrik tersebut menginduksi ditanah terhadap pengkutuban yang berlawanan dengn awan itu (Gambar.4.1).

Bentuk kawasan awan tersebut terhadap menyebar dan menutup sebagian permukaan tanah, permukaan tanah yang tertutup itu lebih besar dari pada permukaan awan itu sendiri. Dasar bagian bawah dari pada awan itu biasanya bersifat negatif, jadi induksi arus listrik di bumi biasanya bersifat positif. Jika kawat transmisi merupakan suatu garis pemisah antara permukaan awan dan tanah, arus listrik akan kelihatan di permukaan garis konduktor dan kawat tanah.

Gambar 4.1. Daerah awan dan batasan dari anah dan jaringan transmisi

Kumpulan arus listrik pada garis konduktor disebabkan oleh kebocoran sekliling isolator dan perputaran dari pada konudktor diluar pengaruh awan. Arus listrik lebih mudah mengumpul diatas kawat tanah dengan perpindahan tegak lurus terhadap menata dari tanah.

Jika sambaran yang berasal dari awan mengenai tanah dekat garis pemisah, daerah awan akan runtuh pada waktu tertentu dan lompatan arus listrik digaris konduktor dan bebas bergerak berlawanan arah, membentuyk putaran gelombang mungkin berakhir membentuk dataran aliran arus (Gambar 4.2).

Gambar. 4.2. Induksi tegangan di jaringan transmisi dengan keruntuhan daerah awan.

Arus listrik pada bawah kawat tanah berbatasan dengan menara-menara dan pada garis konduktor bergerak sangat cepat dan menghilangkan secara brangsur-angsur di corona serta kehilangan muatan. Tegangan listrik muncul digaris abtas tergantung kepada perbandingan (ukuran) dari pada keruntuhan daerah awan dan kapasitas kemampuan ruangan antara jaringan dan tanah, kalau circuit tanpa kawat-kawat tanah udara, dan kalau terjadi keruntuhan daerah awan pada waktu nol, tegangan listrik di konduktor akan sebanding dengan peningkatan potensial gradien dari pengadaan pembesaran ketinggian awan dari pada kawat tanah udara diatas permukaan tanah menambah kekautan penghantar dibumi, dan dengan peningkatan awan yang banyak mendatangkan lingkaran cahaya, kapasitas selanjutnya bertambah sebab efektif diameter tanah bertambah dengan lingkaran cahaya.

Gambar.4.3. Induksi potensial diantara konduktor dan tanah dekat stroke dari awan ke tanah. Didalam diagram terbuka digambarkan jaringan konduktor., dan lingkaran hitam kawat tanah udara.

Gambar 4.3. menunjukkan induksi tegangan listrik antara penghantar dan tanah untuk perbedaan gradien awan dan tanpa kawat tanah, untuk jaringan diatas ketinggian tanah dan jarak antara konduktor dari pada rata-rata jaringan tegangan tinggi.

Perbandingan perhitungan-perhitungan tegangan dari konduktor dengan proteksi kawat tanah dengan perbandingan tegangan yang ada pada konduktor tanpa proteksi kawat tanah.

Gambar 4.3. Menunjukkan perbandingan pengaman kira-kira 0,25 untuk bagian dalam konduktor, apabila dalam perbandingan perhitungan lingkaran cahaya.

Gambar 4.4. Menghitung harga dari puncak tegangan induksi pada jaringan transmisi dekat stroke, menggambarkan dari arus stroke, jarak saluran dari arus stroke, jarak saluran darai ketinggian konduktor

Tegangan menghasilkan keseimbangan ketinggian dari konduktor jaringan transmisi puncak dari arus listrik kepada sambaran ke tanah dan ajrak dari saluran sambaran.

Gambar 4.4. memberikan perhitungan tertinggi dari pada penginduksian arus listrrik yang bergelombang pada sebuah konduktor yang tidak dilindungi oleh kawat tanah udara dan berfungsi sebagai sambaran arus, jarak dari aliran samabran dan ketinggian dari pada penghantar. Perhitungan pada kurva seperti terlihat pada Gambar 4.4. dapat diketahui kecepatan arus listrik bolak-balik untuk perbedaan arus listrik pada suatu tempat sebagai berikut : 0-50.000 ampere 120 kaki per us; 50.000-10.000 amperes, 400 kaki per us.

Gambar 4.4. memperlihatkan keadaan yang kurang baik dari pada gambar arus yang tinggi, susunan transmisi yang tinggi dan sambaran kepermukaan tanah dekat susunan transmisi, puncak tegangan yang pertama pada ukuran 1000 KV mungkin dapat menginduksi dibawah konduktor. Pengurangan isi dapat terlihat jika kawat-kawat tanah udara yang melalui udara dapat dikurangi.

4.1.2. Sambaran Langsung Pada Menara

Untuk sambaran langsung, kawat tanah melindungi (shileding) kawat fasa, dan untuk memperoleh perlindungan yang baik kedudukan kawat tanah harus memenuhi beberapa persyaratan yang penting.

a. Kawat tanah harus cukup tinggi diatas kawat fasa dan diatur sedemikian rupa agar dapat mencegah sambaran pada kawat-kawat fasa.

b. Pada tengah gawang kawat tanah harus mempunyai jarak yang cukup di atas kawat fasa untuk mencegah terjadinya loncatan sebagian pada waktu yang diperlukan untuk gelombang pantulan negatif dari menara kembali ke tengah gawang dan ini akan mengurangi tegangan pada tengah gawan.

c. Tahanan kaki menara harus cukup rendah untuk membatasi tegangan pada isolator agar tidak terjadi loncatan api pada isolator.

d. Bila dipakai untuk proteksi terhadap gardu induk, kawat tanah harus cukup panang sehingga surja yang masuk dapat diredam sampai harga yang tidak berbahaya sewaktu mencapai gardu induk

Sambaran langsung merupakan sebab utama dari gangguan yang disebabkan oleh kilat.

Bila sambaran mengenai menara transmisi, arus yang besar sekali mengalir ke tanah dan sepasang gelombang berjalan merambat pada kawat tanah.

Untuk memudahkan perhitungan, untuk sementara impedansi surja menara dapat diabaikan dan diasumsikan menara dibumikan melalui tahanan yang konstan R.

Gambar 4.5. menunjukkan sambaran kilat dengan impedansi surja z ke menara, pada keadaan ideal.

Gambar 4.5. Gelombang berjalan pada kawat tanah yang disebabkan oleh kilat

Gelombang e₁ merambat pada kawat tanah, dan gelombang induksi e_k merambat pada kawat fasa.

Misalkan :

Z = impedansi surja dari kilat (ohm)

Z₁₁ = impedansi surja sendiri dari kawat equivalen

Z_kk= impendansi suya sendiri

Z_lk = impedansi surja bersama antara kawat tanah equivalen dengan kawat fasa k

e = gelombang pantulan sambaran kilat (volt)

e^`= gelombang pantulan pada kanal sambaran kilat

e₁ = gelombang datang pada kawat tanah

e_k = gelombang datang pada kawat fasa k

R = tahanan kaki menara (Ohm)

l = arus menara (A)

Karena tidak ada arus yang mengalir dari menara ke kawat fasa,

Maka : e + e^` Rl + e₁................................................................................. (4.1)

i +i^` = 2 i₁ + 1........................................................................... (4.2)

dimana, I = e/Z; i^` = -e/Z : i₁ =e₁/Z₁₁

substitusi harga-harga tersebut pada (4.2)

e/Z – e^`/Z =2 e₁/Z₁₁ + e₁/R......................................................... (4.3)

atau

e₁ (l/R+Z/Z₁₁+l/Z)=2e/Z

Jadi,

....................................................... (4.4)

Gelombang mula pada kawat fasa k ialah :

................................................................ (4.5)

Ketika gelombang e₁ dan e_kmencapai menara berikutnya, direfleksikan dan relaksikan. Sekarang ditinjau suatu sistem n kondukor dengan m kawat tanah pada suatu menara yang ditanahkan melalui tahanan R.

Gambar. 4.6. Sistem kawat banyak

Untuk saluran konduktor berlaku

e_k + e_k = e^”_k k= 1,2,................. n.......................................... (4.6)

Karena kawat-kawat tanah terikat pada menara, maka

e^”₁=e^”₂................... = e^”_m = Rl.......................................................... (4.7)

Jadi,

e_k– e^`_k – e_k = e_k – e^`_k – (e_k + e^`_k) = -2 e^`_k........................................... (4.8)

dan

e^`_k= e^”_k – e_k = e^”_k – e_k+ (e₁ + e^`₁) – e_k untuk k < m ............................ (4.9)

pada kawat fasa berlaku,

i_k + l^`_k – i^"_k = 0 untuk k > m......................................... (4.10)

sedangkan,

i_k = Y_lk e₁+ ………….+Y_kk e_k............ …………..+ y_nk e_n

untuk K > m

Analog

i"_k =

untuk k > m........... (4.11)

I^”_k =

untuk k > m

Subsitusikan *4,11) dalam (4.10), menjadi :

untuk k > m ...................................... (4.12)

Dengan memisahkan diatas serta memasukkan (4.8) didapat :

untuk k > m ...................................... (4.13)

Dengan (4.9) persamaan (4.13) menjadi :

...................................... (4.14)

Atau,

Bila r = 1, maka Y_kl (e₁– e₁) = 0, jadi :

untuk k > m......... (4.15)

Dari hukum kirchoff (pada kawat tanah) dan (4.7)

(i_l + i^`_l + i^”_l)+ …..+(i_m + i^`_m + i^"_m) =l = e^”_l/R...................................................... (4.16)

Karena

i_k+ i^`_k – i^"_k =

untuk k < m......................................... (4.17)

Maka (4.16), menjadi :

= l =

........................................................................ (4.18)

Persamaan (4.15), (4,18) melengkapi (n – m + l) persamaan simultan untuk (e”_l, e^’_m + l……., e^’_n) pada kawat tanah dan tidak tergantung dari incident wave, (e_l,……e_m_ pada kawat tanah dan tidak tergantung dari indicent wave pada kawat fase.

Karena e^’_l telah didapatm gelombang-gelombang pantulan dan terusan dapat dicari dari :

e^"₁ = e^”₂ = e^”_m = e₁ + e^’₁

Jadi

e^'₂ = e^”₂ – e₂ = (e₁ + e^’₁) – e^’₂

(4.19)

e^'_m = e^”_m – e_m = (e₁ + e^’_m)

Bila hanya ada satu kawat tanah, atau m kawat tanah diganti dengan satu kawat tanah equivalent, maka (4.18) dan (4.13) mengambil m = 1 dapat disederhanakan

Y₁₁ e’₁ +….+ Y_1n e^’_n =

Y₂₁ e’₁ +….+ Y_2n e^’_n = 0........ (4.20)

………. …….. …….. ….

Y_nl e’₁ +….+ Y_nn e^’_n = 0

Maka,

e^'_k =

(4.21)

tetapi

(4.22jadi

Jadi (4.21), menjadi,

................................................................... (4.22)

Untuk k = l,

e^'₁ 2R = -Z_ll (e_l+ e^’_l)

e’₁ (2R - Z₁₁) = -Z₁₁ (e₁ + e^’₁)

e^’₁ =

............................................................. (4.23)

.................................................. (4.24)

Untuk kawat fasa,

............................................................. (4.25)

e^"_k = e_k + e^’_k = e_k + c e₁.................................................................. (4.26)

Jadi seluruh gelombang pantulan dan terusan hanya tergantung dari e₁. Bila gelombang mula mencapai menara yang lain, mereka pantulkan dan diteruskan menurut persamaan (4.23) – (4.26). Gelombang pantulan yang sampai ke menara pertama dari titik pantulan, dipantulkan kembali. Dan proses ini akan terjadi berulang-ulang seperti di gambarkan pada Gambar 4.7

Gambar 4.7. Gelombang refleksi dan refraksi pada kawata tanah

Gelombang pantulan yang datang dari kanan ke menara 1 adalah a e₁, dan dipantulkan pada menara tersebut. Koefisien pantulan dapat diperoleh dengan memparalelkan Z, R, dan Z₁₁ Lihat Gambar 4.7

Gambar. 4.8. Rangkaian Rkivalen untuk gelombang pantulan dari kanan

Koefisien pantulan adalah :

................................................... (4.27)

Koefisien terusan pada menara 1 adalah :

........................................... (4.28)

Jadi gelombang yang merambat ke kanan atau ke kiri dari menara 1 merupakan posisi dari gelombang refleksi dan gelombang refraksi pada menarai 1,

.................................................... (4.29)

Untuk gelombang pada kawat fasa

........................................ (4.30)

Bila diperhatikan persamaa-persamaan diatas, terlihat bahwa hasil yang sama akan diperoleh bila kilat tersebut mempunyai surja Z, menara pertama dibumikan melalui tahanan R, dan kawat fasa serta kawat tanah hanya menuju satu jurusan dari menara 1 (Gambar 4.9).

Gambar. 4.9. Rangkaian Ekivalen circuit dari gambar 4.5

4.1.3. Efek Tahanan Kaki Menara

Tahanan kaki menara yang rendah mempunyai lima kebaikan :

1. Mengurangi tegangan kawat tanah

2. Mengurangi tegangan kawat fasa

3. Mengurangi tegangan apa isolator

4. Membatasi gangguan pada jarak yang kecil

5. Memperpendek lama terjadinya tegangan yang berbahaya

Gangguan yang menyebabkan sambaran langsung yang mempengaruhi kawat bukanlah sautu gelombang sederhana yang dirambatkan sepanjang transmisi, melainkan gelombang yang timbul oleh pantulan berulang, dan ini harus dibatasi pada jarak yang pendek serta harus cepat dibatasi.

4.1.4. Efek Bentuk Gelombang

Makin panjang front gelombang serta makin rendah tegangan akan menyebabkan gelombang pantulan yang timbul dan telah mulai memperkecil gelombang datang.

4.1.5. Sambaran pada Pertengahan Dua Menara (Midspan)

Bila kilat menyambar kawat tanah pada midspan dimana R = dan flash-over tidak terjadi, maka dari (4.4) dan (4.5),

untuk kawat tanah............................. (4.31)

untuk kawat fasa.............................. (4.32)

untuk isolator................................... (4.33)

Tegangan-tegangan tersebut tetap ada sampai reduksi oleh gelombang-gelombang refleksi dari menara-menara.

Bila panjang span dalam mikro detik adalah T, maka waktu tersebut harus melampaui sebelum reduksi terjadi. Selama itu, flashover antara kawat tanah dan kawat fasa harus cukup jauh sehingga sparkover voltage (tegangan tembus) tidak tercapai sebelum gelombang releksi tiba yang akan mereduksi tegangan midspan itu.

4.1.6. Repesentatif Tegangan untuk Sambaran Pada Menara Dinyatakan dalam Arus I, dan Arus kilat I₀/2

Dalam bentuk menara I

V_g = V_menara = RI (g = kawat tanah).............................. (4.34)

V_p = RI =

(p = kawat fasa)............................... (4.35)

V_isolator = V_g - V_p

....................................................... (4.36)

Umumnya,

sampai 0,3

Dari, V_isolator = (0,7 – 0,8) RI ....................................................... (4.37)

Dalam bentuk arus Kilat I₀/2

Arus kilat I₀/2 adalah arus yang terjadi bila kilat menyambar pada titik dengan tahanan tanah nol. Arus yang dilalukan tergantung pada impedansi yang terhubung pada impedansi surja dari kilat itu sendiri. Sebagai contoh, bila impedansi surja kilat Z (= 400 ohm) dimana gelombang arus = I₀/2, akan mengalir I₀ pada titik dengan tahanan tanah niol.

Tetapi bila arus kilat I₀/2 ini mengenai menara impedansi suryanya – Z₁₁ dan tahanan kakinya R, maka tegangan pda sambaran tersebut ialah :

e = I₀/2. Z (4.38)

maka dari persamaan diatas, tegangan pada menara ialah :

= R^’ I₀ (4.39)

Dimana

R_’ =

= tahanan ekivalen pada titik sambaran

Arus pada thanan kaki menara (sebelum kedatangan gelombang pantulan dari menara yang lain adalah :

I =

(4.40)

4.1.7. Perlindungan Gardu Induk

Perlindungan gardu induk terbagi dalam 2 bagian :

a. Perlindungan terhadap sambaran langsung

b. Perlindungan terhadap gelombang yang datang dari kawat transmisi

Perlindungan terhadap sambaran langsung ialah dengan kawat tanah. Bila perlindungan ini sempurna, maka yang perlu diperhatikan adalah gelombang yang datang dari kawat transmisi.

Bila kawat-kawat fasa cukup terlindung dari sambaran langsung, maka sumber gelombang berjalan biasanya adalah lompatan api dari isolator, umumnya tegangan ini lebih tinggi dari tingkat isolari dasar (ITD) dari peralatan gardu, tegangan lebih iniharus dilakukan ke tanya oleh arrester atau alat-alat perlindungan lainnya.

Untuk menghitung tegangan impuls pada gardu, didefenisikan dengan dua hal:

Daerah bahaya atau vulnarable zone, ialah jarak diluar kawat dimaan suatu gelombang surja dapat timbul dan membahayakan gardu.
Indeks terusan gardu atau “station refraction index” ialah ukuran dari perubahan puncak dan muka gelombang yang dialaminya ketika memasuki gardu.

Panjang dari bahaya merupakan fungsi dari :

Redaman dan distorsi gelombang pada saluran
Indeks terusan dari gardu induk

Sedang indeks terusan itu sendiri tergantung pada :

Bentuk gelombang datang
Karakteristik peralihan dari peralatan gardu dan alat-alat perlindungan.

Sepanjang perambatan pada kawat transmisi, gelombang mengalami redaman dan distorsi yang disebabkan oleh korona, pengaruh kulit, resitivitas tanah, dan gendengan. Selain itu, bentuknya juga dapat berubah karena pantulan ketika mencapai gardu.

4.2. Akibat Pelindung Kawat Tanah

Sebagai akibat dari mengalirnya energi sambaran ke dalam tanah, maka tegangan lebih yang timbul pada isolator saluran akan dapat dibatasi, dengan demikian penembusan pada isolator dapat dibatasi. Untuk memperoleh hasil yang unik maka penempatan kawat tanah haruslah memenuhi syart, antara lain :

1. Kawat tanah harus cukup tinggi di atas fasa dan diatur sedemikian rupa agar dapat mencegah sambaran langsung pada kawat-kawat fasa.

2. Pada tengah gawang kawat tanah harus mempunyai kawat fasa untuk mencegah terjadinya loncatan sebagian

3. Tahanan kaki menara harus cukup rendah.

4.3. Kegagalan Pelindung

Mulai tahun 1920-an telah banyak teori-teori, percobaan-percobaan dan pengalaman-pengalaman dikemukakan para penyelidik mengenai fungsi kawat tanah untuk melindungi kawat fasa pada saluran transmisi.

Pada tahun 1960 Provoost mengemukakan suatu resume yang sangat baik mengenai peranan kawat tanah. Berdasarkan teori itu Provoost menarik kesimpulan bahwa :

1. Untuik sudut pelindung q < 18⁰ perisaian kawat transmisi itu baik

2. Untuk sudut pelindung 18⁰ < q < 30⁰ kurang baik

3. Untuk sudut pelindung q 30⁰ jelek

Kemudian konstenko, Poloroy dan Rosenfeld dalam tahun 1961 mengemukakan karangan yang lebih menari lagi. Mereka menunjukkan bahwa jumlah gangguan kilat karena kegagalan pelindung adalah sebagai fungsi dari sudut perisaian q dan tinggi menara h_t seperti terlihat dari relasi empiris persamaan (4.41)

....................................................................... (4.42)

Dimana :

j = Hasil bagi dari jumlah kilat yang menenai kawat fasa dan jumlah kilat yang mengenai saluran transmisi.

q = Sudut pelindung pada menara, derajat

h_t = tinggi kawat tanah pada menara, meter

Jadi jumlah gangguan karena kegagalan pelindung,

N_SF = j N_L h.................................................................................. (4.43)

Pada waktu itu persamaan (4.42) dianggap oleh sebagian besar insinyur saluran transmisi lebih unggul dari cara-cara yang lain.

4.4. Contoh Perhitungan Menentukan Sudut Perlindungan Pada Jaringan Transmisi Tegangan Tinggi

Besarnya sudut perlindungan mempunyai hubungan-hubungan dengan tinggi menara, dimana semakin tinggi menara transmisi semakin tinggi kemungkinan kegagalan perlindungan.

Untuk melindungi (mengurangi) kegagalan perlindungan ini, haruslah dipilih sudut perlindungan yang kecil. Rumus yang dapat dipakai dalam menghitung sudut perlindungan seperti persamaan :

q = arc tan

............................................................................... (4.43)

Dimana : h = jarak antara kawat tanah dengan garis horizontal yang menghubungkan kawat fasa.

x = selisih antara panjang cross arm kawat tanah dengan kawat fasa

q = sudut perlindungan

a. Perhitungan sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa R

x₁ = 3,2 – 2,8 = 0,4 m

h₁ = 5,22 m

q₁ = arc tan

q₁ = 4,38⁰

b. Perhitungan sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa S

x₁ = x₂ = 0,4 m

h₂ = 5,22 + 4,38 = 9,6 m

q₂ = arc tan

q₂ = 2,39⁰

c. Perhitungan sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa T

x₁ = x₂ = x₃ = 0,4 m

h₃ = 5,22 + 4,38 = 13,98 m

q₃ = arc tan

q₃ = 1,63⁰

BAB V

KESIMPULAN

Dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya maka penulis mengambil beberapa kesimpulan antara lain :

1. Seringnya gangguan terhadap jaringan transmisi adalah gangguan alam, seperti seringnya gangguan petir terhadap jaringan transmisi yang disebabkan bangunan jaringan transmisi panjang dan terbesar diberbagai daerah serta dalam segala macam kondisi udara.

2. Pada pembangunan jaringan transmisi yang sangat perlu diperhatikan adalah perancangan proteksi saluran transmisi terhadap letak kawat fasa

3. Konfigurasi kawat transmisi ini harus mendapat perhatian yang lebih besar dan serius.

4. Sudut pelindung kawat tanah sesuai dengan contoh perhitungan diperoleh untuk :

a. Nilai dari sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa R adalah q₁ = 4,38⁰

b. Nilai dari sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa S adalah q₂ = 2,39⁰

c. Nilai dari sudut pelindung antara kawat tanah dengan kawat fasa T adalah q₃ = 1,63⁰

Jadi untu sudut pelindung q < 18⁰ pelindung kawat transmisi itu baik

5. Kawat tanah udara berfungsi sebagai pengaman guna mengurangi akibat dari sambaran petir secara tidaklangsung.

6. Menara jaringan transmisi dapat menjadi pembumian dengan mengalirkan arus lebih pada kawat tanah melalui menara transmisi.

NB :

Bagi yang ingin semua nya lengkap dengan setiap gambarnya dan rapi, bisa menghubungi saya melalui email.

Thursday, 9 October 2014

PELINDUNGAN SALURAN TRANSMISI

No comments:

TERPOPULER

Cloud Labels