BAB III DATA DAN PERHITUNGAN
III.1 Data Kerapatan Sambaran Petir Sumatera Utara
Kerapatan sambaran flash density adalah jumlah sambaran petir yang terjadi selama satu tahun dalam wilayah tempat yang luas. Peta kerapatan
sambaran petir dapat ditunjukkan pada Gambar 3.1, warna menunjukkan harga kerapatan sambaran petir yang yang terjadi berbeda-beda di Sumatera Utara pada
tahun 2009. Kerapatan sambaran petir dinyatakan sebagai jumlah sambaran petir per kilometer persegi dalam satu tahun. Dari peta tersebut dapat diperoleh informasi
jumlah sambaran petir dalam satu tahun yang dipantau untuk wilayah Sumatera Utara. Informasi sambaran ini sangat penting untuk melakukan analisis keperluan
proteksi petir, analisis resiko sambaran petir yaitu terhadap transmisi hantaran udara.
Gambar 3.1 Peta tingkat kerapatan sambaran petir Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan sumber yang diperoleh, bahwa jumlah kerapatan sambaran petir rata-rata yang terjadi di Sumatera Utara, yang dilalui Transmisi Sei Rotan–Tebing
Tinggi, dimana tiga stasiun pengukur hari guruh yang dimiliki BMKG yaitu di Deli Serdang, Medan dan Serdang Bedagai, untuk lima tahun terakhir, dapat dilihat pada
Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Kerapatan sambaran petir Sumatera Utara
No Stasiun
Tahun 2005
2006 2007
2008 2009
1. Deli Serdang
101 97
115 122
129 2.
Medan 110
122 133
148 134
3. Serdang Bedagai
98 95
108 112
97
Rata-rata Hari Guruh Tahunan I
kl
103 104
118 128
120
III.2 Parameter Transmisi SUTT 150 kV
Jenis kontruksi menara transmisi yang menjadi objek penelitian dalam Tugas Akhir ini adalah menara tipe Aa +3, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.2.
X Y
34,116 m
4,9 m 1,606 m
1,606 m 1,606 m
5,5 m 7,2 m
7,2 m 7,2 m
1,049 m
6,602 m
Gambar 3.2 Konfigurasi SUTT 150 kV
Universitas Sumatera Utara
Parameter konduktor dalam sistem salib sumbu x – y adalah seperti yang ditunjukkan pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Parameter konduktor pada menara tower
Konduktor No
Operasi phasa- phasa [kV]
Sudut phasa
Fungsi Koordinat Phasa
X m Y m
1 2
3 4
5 6
7 8
- -
150 150
150 150
150 150
- -
240 120
240 120
Shield Shield
R S
T R’
S’ T’
-2,75 2,75
-3,6 -3,6
-3,6 3,6
3,6 3,6
34,116 34,116
30,808 25,908
21,008 30,808
25,908 21,008
Rata-rata jarak kawat transmisi span = ± 360 m
Spesifikasi material konduktor yang dipergunakan pada Transmisi Sei Rotan – Tebing Tinggi adalah sebagai berikut:
Material : ACSR 240 Hawk
Spesifikasi : SPLN 41-7
Berat rata-rata konduktor : 989 kgkm
Kapasitas maksimum arus mengalir : 685 A Ukuran
: 240 mm
2
Diameter : 21,8 mm
Sedangkan spesifikasi isolator yang digunakan adalah sebagai berikut: Material
: Keramik Jarak sela Spacing
: 1572 mm Tipe Isolator
: IEC 120 16 mmA Beban tekan mekanik isolator
: 120 kN
Universitas Sumatera Utara
Isolator dirangkai dalam bentuk rentengan di mana jumlah piringan per rentengan antara 10 – 12 piringan disc. Karakteristik ketahanan isolator terhadap
tegangan bolak-balik rentengan isolator dapat ditunjukkan seperti pada Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Karakteristik ketahanan isolator terhadap tegangan bolak-balik V
i
No Jumlah keping disc isolator
Kekuatan Isolator V
i
1. 10 disc
Keadaan kering dry 650 kV
Keadaan basah wet 390 kV
2. 11 disc
Keadaan kering dry 700 kV
Keadaan basah wet 425 kV
3. 12 disc
Keadaan kering dry 750 kV
Keadaan basah wet 465 kV
Berdasarkan Prosedur Pengujian IEC 60383-2
Spesifikasi kawat tanah yang dipergunakan adalah sebagai berikut:
Material : Galvanized Steel Wire GSW
Spesifikasi : JIS G-3537
Berat : 446 kgkm
Ukuran : 55 mm
2
Diameter : 9,6 mm
Sag kawat fasa dan kawat tanah adalah sama yaitu 6,5 m.
III.3 Menghitung Perkiraan Jumlah Gangguan Transmisi Udara
Perhitungan perkiraaan jumlah gangguan yang dilakukan dalam Tugas Akhir ini adalah perkiraan jumlah gangguan yang terjadi pada tahun 2005, 2006,
2007, 2008 dan 2009. Sebagai bahan referensi untuk menghitung perkiraan jumlah gangguan pada setiap lima tahun terakhir, maka perhitungan yang ditunjukkan pada
Tugas Akir ini adalah perhitungan perkiraan jumlah gangguan yang terjadi pada tahun 2005.
Universitas Sumatera Utara
III.3.1 Perhitungan Perkiraan Jumlah Gangguan pada Tahun 2005
Adapun cara yang dipergunakan pada perhitungan perkiraan jumlah gangguan yang terjadi selama tahun 2005 pada Transmisi Sei Rotan–Tebing Tinggi
adalah perhitungan dengan cara manual. Adapun langkah-langkah perhitungan perkiraan jumlah gangguan yang terjadi dilakukan sebagai berikut:
1 Jumlah sambaran yang mengenai transmisi.
Berdasarkan Persamaan 2.4, maka jumlah sambaran petir yang mengenai transmisi adalah:
N
s
= 0,15 x 103 { 0,0133 34,116 + 2x27,616 + 0,1 x 5,5} = 26,86 sambaran100km-tahun
Maka untuk perkiraan jumlah sambaran yang terjadi pada Transmisi Sei Rotan – Tebing Tinggi yang mempunyai panjang total 53,48 km adalah
14,36 sambaran selama tahun 2005. 2
Besar tegangan antara puncak menara tower-top dengan tanah ground. Rata-rata tahanan kaki menara R
tf
= 8 ohm dapat dilihat pada Lampiran 2. Untuk menghitung besar impedansi surja kawat tanah Z
g
pada Transmisi Sei Rotan – Tebing Tinggi yang mempunyai panjang total 53,48
km, dapat dipergunakan Persamaan 2.15 dan Gambar 3.3, sebagai berikut:
Sedangkan untuk menentukan besar impedansi surja petir Z
s
dapat dipergunakan Persamaan 2.22 dan Gambar 3.3, sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
1 2
a
1R
R R’
7,2 m 5,5 m
3,308 m
0,85 m
I = 64,9297 m
1R
2H = 68,232 m
1
68,232 m 2H = 61,616 m
R
Jari-jari kawat tanah r = 0,0048 m
g
Bidang referensi
Gambar 3.3 Parameter konduktor pada transmisi
Maka berdasarkan Persamaan 2.23, besar tegangan pada titik puncak menara dengan tanah adalah:
3 Besar tegangan yang dirasakan oleh isolator
Untuk menentukan besar tegangan pada isolator terlebih dahulu dihitung besar faktor kopling K
f
. Berdasarkan Persamaan 2.17 dan Gambar 3.3, maka besar faktor kopling dapat dihitung sebagai berikut:
Maka berdasarkan Persamaan 2.24, maka tegangan yang dirasakan isolator dapat dihitung sebagai berikut:
Universitas Sumatera Utara
4 Besar tegangan lewat denyar pada isolator Tegangan Kritis Isolator.
Karena isolator yang dipergunakan pada Transmisi Sei Rotan–Tebing Tinggi mempunyai jumlah disc keping isolator yang berbeda yaitu 10 disc;
11 disc dan 12 disc. Maka tegangan lewat denyar yang terjadi juga berbeda- beda. Berdasarkan Tabel 3.3, ketahanan karakteristik tegangan isolator pada
arus bolak-balik alternating current adalah: a. Keadaan udara kering dry
10 disc mempunyai V
i
= 650 kV 11 dics mempunyai V
i
= 700 kV 12 disc mempunyai V
i
= 750 kV b. Keadaan udara basah wet
10 disc mempunyai V
i
= 390 kV 11 disc mempunyai V
i
= 425 kV 12 disc mempunyai V
i
= 465 kV
5 Besar arus surja yang akan mengakibatkan terjadinya flashover atau lewat
denyar. Berdasarkan Persamaan 2.23 dan Persamaan 2.24, maka besar arus
surja yang akan menyebabkan terjadinya flashover adalah: a. Keadaan udara kering
10 disc mempunyai I
s
= 650 – 122,47 5,427 = 97,2 kA 11 disc mempunyai I
s
= 700 – 122,47 5,427 = 106,42 kA 12 disc mempunyai I
s
= 750 – 122,47 5,427 = 115,63 kA
Universitas Sumatera Utara
b. Keadaan udara basah 10 disc mempunyai I
s
= 390 – 122,47 5,427 = 49,295 kA 11 disc mempunyai I
s
= 425 – 122,47 5,427 = 55,740 kA 12 disc mempunyai I
s
= 465 – 122,47 5,427 = 63,120 kA 6
Probabilitas arus surja yang terjadi. Berdasarkan Persamaan 2.25, maka probabilitas arus surja dapat
dihitung sebagai berikut: a. Keadaan udara basah
10 disc mempunyai p
i
= 1,175 – 0,015x49,295 = 0,436 11 disc mempunyai p
i
= 1,175 – 0,015x55,740 = 0,338 12 disc mempunyai p
i
= 1,175 – 0,015x63,120 = 0,228 b. Keadaan udara kering
Karena I
s
yang dihasilkan pada udara kering lebih besar dari 78,33 kA, maka Persamaan 2.25 tidak sesuai untuk dipergunakan. Sehingga untuk
I
s
≥ 78,33 kA dalam menentukan probabilitas arus petir p
i
dapat dipergunakan Grafik 2.1. Dari grafik tersebut diperoleh nilai probabilitas p
i
untuk 10 disc = 0,0513; 11 disc = 0,0142 dan 12 disc = 0,0026. 7
Menghitung perkiraan jumlah gangguan yang terjadi pada Transmisi Sei Rotan–Tebing Tinggi.
Berdasarkan Persamaan 2.26, perkiraan jumlah gangguan yang terjadi dapat dihitung sebagai berikut:
a. Keadaan udara basah 10 disc N
t
= 0,436 x 0,6 x 14,36 = 3,7565 gangguantahun 11 disc N
t
= 0,338 x 0,6 x 14,36 = 2,9122 gangguantahun 12 disc N
t
= 0,228 x 0,6 x 14,36 = 1,9644 gangguantahun
Universitas Sumatera Utara
b. Keadaan udara kering 10 disc N
t
= 0,0513 x 0,6 x 14,36 = 0,4420 gangguantahun 11 disc N
t
= 0,0142 x 0,6 x 14,36 = 0,1223 gangguantahun 12 disc N
t
= 0,0026 x 0,6 x 14,36 = 0,0224 gangguantahun Maka dari perhitungan tersebut dapat dinyatakan bahwa perkiraan jumlah
gangguan yang terjadi pada Transmisi Sei Rotan–Tebing Tinggi pada tahun 2005 adalah cukup besar yaitu pada udara basah rata-rata jumlah gangguan yang terjadi
adalah sebesar 2,8776 gangguantahun dan pada keadaan udara kering sebesar 0,1956 gangguantahun.
III.3.2 Perkiraan Jumlah Gangguan pada Transmisi Sei Rotan – Tebing Tinggi Tahun 2005 – 2009
Untuk perhitungan perkiraan jumlah gangguan antara tahun 2006 sampai 2009 dilakukan secara manual, sama seperti perhitungan perkiraan jumlah gangguan
pada tahun 2005. Perkiraan jumlah gangguan yang terjadi dapat dilihat seperti yang ditunjukkan Tabel 3.4.
Tabel 3.4 Perkiraan jumlah gangguan pada Transmisi
Sei Rotan – Tebing Tinggi tahun 2005 – 2009
Tahun Jlh sambaran
pada menara N
s
Perkiraan jumlah gangguan pada menara N
t
Keadaan udara basah dry Keadaan udara kering wet
10 disc 11 disc
12 disc 10 disc
11 disc 12 disc
2005 14,36
3,7565 2,9122
1,9644 0,4420
0,1223 0,0224
2006 14,50
3,7845 2,9493
1,9836 0,4463
0,1235 0,0226
2007 16,46
4,3059 3,3381
2,2517 0,5066
0,1402 0,0257
2008 17,87
4,6748 3,6240
2,4446 0,5500
0,1522 0,0279
2009 16,73
4,3765 3,3928
2,2887 0,5149
0,1425 0,0261
Universitas Sumatera Utara
Dari Tabel 3.4 di atas, diperoleh rata-rata perkiraan jumlah gangguan yang terjadi pada Transmisi Sei Rotan – Tebing Tinggi untuk lima tahun terakhir.
Tabel 3.5 Rata-rata perkiraan jumlah gangguan pada Transmisi
Sei Rotan – Tebing Tinggi tahun 2005 – 2009
Tahun Perkiraan jumlah gangguan N
t
Keadaan udara basah wet Keadaan udara kering dry
2005 2,8776
0,1956 2006
2,9058 0,1975
2007 3,2986
0,2242 2008
3,5811 0,2434
2009 3,3527
0,2278
Universitas Sumatera Utara
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
Kategori