Gambar 5 Menara jenis Silinder
D. Isolator
Isolator berfungsi sebagai isolasi tegangan listrik antara kawat penghantar
konduktor dengan tiang atau tanah. Umumnya dielektrik isolator terbuat dari bahan porselen, gelas, kertas, dan karet silikon silicon rubber.
Gambar 6 Penampang isolator piring
r
1
h
1
h
2
h r
2
r
2
Jepitan Logam Semen
Porselen
Tonggak Logam
Terlihat bahawa dari Gambar 6 diatas bahwa bagian utama dari isolator terdiri dari bahan dielektrik, jepitan logam, dan tonggak logam serta semen sebagai
perekat jepitan logam dan tonggak logam dengan dielektrik. Menurut lokasi pemasangan, isolator terdiri dari isolator pasangan dalam indoor dan isolator
pasangan luar outdoor dan Secara konstruksi isolator terdiri dari isolator pendukung dan isolator gantung suspension. Isolator pendukung terdiri dari
isolator pin, post, dan pin-post. Jenis isolator yang digunakan pada saluran udara tegangan tinggi pada umumnya
adalah jenis isolator gantung suspension. Isolator gantung suspension sering disebut juga isolator piring. Isolator ini terdiri dari badan porselin yang diapit
oleh elektroda-elektroda. Maka isolator memiliki sejumlah kapasitansi. Pada gandengan isolator terpasang spark gap pada kedua ujung isolator yang dipasang
sedemikian rupa seperti terlihat pada Gambar 8 Sehingga busur api tidak dapat mengenai isolator saat lompatan api terjadi. Karena itu isolator saluran
dimodelkan dengan suatu kapasitansi yang terpasang pararel dengan saklar kerjanya terkontrol oleh tegangan.
Gambar 7 Isolator gantung suspension
Gambar 8 Renteng isolator
Nilai kapasitansi tipikal untuk isolator gantung adalah 80 pFunit
,
sedangkan untuk isolator pin nilai kapasitansinya adalah 100 pFunit. Apabila pada sebuah
string isolator terdapat 10 sepuluh isolator pin maka kapasitansi ekivalennya adalah 10010 = 10 pFstring.
Gambar 9 model isolator
E. Kawat Penghantar
1.
Kapasitansi dan Reaktansi Kapasitif
a. Rangkaian Fasa Tunggal Bila ada dua kawat paralel dipisahkan oleh media isolasi akan terbentuk kapasitor,
jadi mempunyai sifat untuk menyimpan muatan listrik. Bila suatu perbedaan tegangan dipertahankan antara kedua kawat maka muatan-muatan listrik pada
kawat-kawat tersebut mempunyai tanda-tanda yang berlawanan. Sebaliknya bila
SPARK GAP SPARK GAP
Lengan SPARK GAP Renteng Isolator
muatan listrik pada kedua kawat dipertahankan dengan tanda yang berlawanan, perbedaan tegangan akan timbul antara kedua kawat tersebut.
Pandanglah suatu saluran fasa tunggal dengan dua penghantar paralel berjarak d
12
dengan jari-jari masing-masing r
l
dan r
2
seperti pada Gambar 10. Dengan e
12
adalah beda potensial antara kawat 1, kawat 2, dan penghantar mendapat muatan masing-masing q
1
dan q
2
, maka kapasitansi antara dua penghantar tersebut diekspresikan sebagai berikut:
Dimana : C
12
= kapasitansi antara dua kawat Farad q
1
= muatan penghantar 1 C e
12
= beda potensial antara kawat 1, kawat 2 Volt
r
1
= jari – jari kawat meter
d
12
= jarak antara dua kawat meter h = tinggi kawat dari tanah
Gambar 10 Saluran fasa tunggal dengan dua penghantar paralel
d
12
r
1
q
1
r
2
q
2
Prosedur lain adalah dengan memandang suatu titik yang jauh yang berpotensial nol sebagai suatu elektroda kapasitor dan kemudian kapasitansi antara tiap kawat
dengan titik tersebut diperhitungkan, maka akan diperoleh dua kapasitor antara tiap kawat dan titik yang mempunyai potensial nol. Tetapi antara kedua kawat
pada kedua kapasitor yang terlihat pada Gambar 11 terhubung seri.
Gambar 11 Titik netral kapasitansi
Titik dengan potensial nol disebut titik netral kapasitansi capacitance neutral point
. Bila sistem itu simetris, titik netral berada tepat di tengah-tengah kedua kawat itu. Sehingga :
Dimana:
C
1
= kapasitansi kawat 1 terhadap netral, C
2
= kapasitansi kawat 2 terhadap netral.
Jumlah kapasitansi antara kawat 1 dan kawat 2 yang terhubung seri, C
1
Netral C
2
Dan
Bila r
1
= r
2
, sebagaimana biasanya dalam saluran-saluran tenaga listrik, maka :
Di dalam satuan praktis, menghitung kapasitansi per km untuk h = 1.000 meter, ln
diganti menjadi log serta untuk kawat udara = 8,855 x 10
-12
Fm. Dengan mengsubstitusi harga
– harga tersebut ke persamaan 14 diperoleh :
Dalam Persamaan 15 r
1
dan d
12
dapat dianggap sama. Tetapi untuk praktisnya, dalam penjelasan disini r
1
dan d
12
dalam meter. Bila gelombang berbentuk sinus, maka reaktansi kapasitif kawat 1 ditulis :
atau,
⁄
atau,
Dimana:
⁄ Bila f = 50 Hertz, maka:
b. Rangkaian Fasa Tiga
Gambar 12 Rangkaian fasa tiga
r
1,
q
1
d
31
d
12
d
23
r
2,
q
2
r
3,
q
3
1
2 3
Di dalam praktiknya yang paling sering dihadapi adalah rangkaian-rangkaian fasa tiga. Pada Gambar 12 dapat dilihat suatu rangkaian fasa tiga dengan jarak antar
kawat masing-masing d
12
, d
13
, dan d
23
. Kapasitansi saluran dapat ditulis sebagai berikut:
Dimana,
√ √
dan
atau
Dengan demikian, reaktansi kapasitif dapat ditulis:
2. KONDUKTOR BERKAS BUNDLED CONDUCTORS
Pada saluran tegangan ekstra tinggi EHV, yaitu pada tegangan-tegangan yang
lebih tinggi dari 230 kV, rugi-rugi korona, terutama interfensi dengan saluran komunikasi sudah sangat besar bila saluran transmisi itu hanya mempunyai satu
konduktor per fasa. Untuk mengurangi gradien tegangan, dengan demikian mengurangi rugi-rugi korona dan interfensi dengan saluran komunikasi, jumlah
konduktor per fasa dibuat 2, 3, 4, atau lebih. Saluran yang demikian disebut saluran transmisi dengan konduktor berkas bundled conductor transmission line.
Dengan menggunakan dua atau lebih konduktor per fasa, maka reaktansi saluran juga akan lebih kecil dan kapasitas hantar bertambah besar.
a. Reaktansi Induktif
Gambar 13 Konduktor berkas fasa tiga
d
AB
d
BC
A
B
C
1
2 3
n
1
2
3 n
1
2 3
n
d
AC
Reaktansi induktif sistem fasa tiga dengan konduktor berkas dimana setiap berkas terdapat n buah penghatar seperti dapat dilihat pada Gambar 13 diekspresikan
sebagai berikut:
√
√
Dengan demikian reaktansi induktif saluran dinyatakan oleh :
√ √
Dimana :
= √ meter, dan √
meter b. GMR Geometric Mean Radius
GMR konduktor berkas dimana subkonduktor mempunyai jarak-jarak yang sama dan terletak pada suatu lingkaran dengan radius R, dapat diturnkan sebagai
berikut: Bila pada saluran terdapat 2 buah subkonduktor, atau n = 2 Gambar 14,
maka: GMR =
√ = √
= √ = GMR dari subkonduktor.
27
Gambar 14 Dua buah subkonduktor
Bila 3 buah subkonduktor, atau n = 3 Gambar 15, maka:
√ √
√ √
Gambar 15 Tiga buah subkonduktor
Bila 4 buah subkonduktor, atau n = 4 Gambar 16, maka:
√
√ √
√ √
d
AB
d
AC
d
BC
A B
C
S
R S
r
1
’
Gambar 16 Empat buah subkonduktor
Bila n buah subkonduktor, maka diperoleh bentuk umum:
√
c. Reaktansi Kapasitif Reaktansi kapasitif konduktor berkas dapat ditulis sebagai berikut:
Bentuk persamaan untuk X
d1
telah diberikan dalam persamaan 32 sebagai berikut:
√ Persamaan untuk
dapat ditulis sebagai :
√ S
S S
S R
Dan bila persamaan 30 dirobah dengan mengganti r’
1
dengan r
1
, maka:
[ √
] Jadi:
Atau :
[ √
√ ]
Dimana r
1
adalah radius sub-konduktor.
3. SALURAN GANDA FASA TIGA
a. Reaktansi Induktif Saluran Ganda Fasa-Tiga Suatu saluran ganda fasa-tiga mempunyai dua konduktor paralel per fasa dan arus
terbagi rata antara kedua konduktor, baik karena susunan konduktor yang simetris maupun karena transposisi. Pada Gambar 17 diberikan potongan dari saluran
ganda fasa-tiga. Konduktor – konduktor a dan d dihubungkan paralel, demikian
juga konduktor-konduktor b dengan e dan konduktor – konduktor c dengan f.
Gambar 17 Susunan penghantar suatu saluran ganda fasa tiga
d
12
d
23
d
13
d
16
d
25
d
36
1=a
2=b
3=c 6=f
4=d
Pada umumnya semua konduktor adalah identik dengan radius r
1
, jadi: I
a
= I
d
, I
b
= I
e
, dan I
c
= I
f
. Bila saluran 1 jauh dari saluran 2 maka induktansi bersama antara konduktor-konduktor dapat diabaikan. Tetapi pada umumnya kedua saluran itu
ditopang pada satu menara, jadi jarak-jarak antara konduktor tidak besar, sehinggta induktansi bersama tidak dapat diabaikan.
Sekalipun demikian, dalam praktek, sering diambil impedansi dari saluran ganda
itu sama dengan separuh dari impedansi dari satu saluran, dengan kata lain pengaruh dari impedansi bersama itu diabaikan.
Dimana:
√
√ Untuk memperoleh hasil yang lebih teliti sebaiknya memperhitungkan pengaruh
dari induktansi bersama dan untuk menghitung reaktansi induktif dari saluran ganda tersebut dapat juga digunakan metode GMR dan GMD yang telah dibahas
sebelumnya. Jadi :
Dimana :
√
√
b. Reaktansi Kapasitif Saluran Ganda Fasa-Tiga Sama halnya dengan reaktansi induktif, konsepsi GMD dan GMR dapat juga
digunakan untuk menghitung reaktansi kapasitif dari saluran ganda fasa-tiga, dimana GMD sama dengan GMD pada persamaan 40 dan GMR pada persamaan
41 dengan mengganti r’
1
menjadi r
1
.
Dimana: √
F. PENGETANAHAN MENARA TRANSMISI
1.
Tahanan Kaki Menara
Untuk melindungi kawat fasa terhadap sambaran langsung dari petir digunakan satu atau dua kawat tanah yang terletak di atas kawat fasa dengan sudut
perlindungan lebih kecil 18 . Dengan demikian kemungkinan terjadinya loncatan
api karena sambaran petir secara langsung dapat diabaikan. Kemungkinan terjadinya loncatan balik karena sambaran kilat secara langsung pada puncak
menara atau kawat tanah tetap masih ada, dan untuk menguranginya tahanan kaki menara harus dibuat tidak melebihi 10 Ohm. Tahanan kaki menara 10 Ohm dapat
diperoleh dengan menggunakan satu atau lebih batang pengetanahan. Pemilihan
penggunaan batang pengetanahan tergantung dari tahanan jenis tanah dimana menara transmisi tersebut berada.
Bila menggunakan batang pengetanahan, tahanan kaki menara dihitung dengan
menggunakan persamaan sebagai berikut :
Dimana : R
= tahanan kaki menara dalam Ohm
= tahanan jenis tanah dalam Ohm-m L
= panjang dari batang pengetanahan dalam meter
d
= diameter batang pengetanahan dalam meter Menurut persamaan diatas, tahanan kaki menara akan berkurang dengan
menambah panjang batang pengetanahan. Tetapi hubungan ini tidak langsung dan akan mencapai satu titik dimana penambahan panjang batang pengetanahan hanya
akan mengurangi tahanan kaki menara sedikit. Dalam hal ini digunakan batang pengetanahan paralel, persamaan diatas tetap dapat digunakan untuk menghitung
tahanan kaki menara, bila variabel
d
diubah menjadi A dan jari-jari batang pengetanahan sama sesuai dengan persamaan 10.2. Harga A adalah kelipatan
batang pengetanahan yang tergantung dari penempatan masing-masing batang pengetanahan sebagai berikut :
Penempatan :
2 batang diletakkan dimana saja
√
3 batang diletakkan membentuk segitiga
√
4 batang diletakkan membentuk segiempat
√ ⁄
45
Dimana : r = jari-jari dari masing-masing batang pengetanahan harus sama
a = jarak antara batang pengetanahan
2. Sistem Pengetanahan Driven Rod
Untuk mendapatkan tahanan kaki menara yang kecil maka menara transmisi harus diketanahkan dengan menggunakan satu atau lebih batang pengetanahan driven
rod atau sistem counterpoise.
Sistem pengetanahan Driven Rod merupakan sistem pengetanahan yang
menggunakan batang konduktor yang ditanam tegak lurus terhadap tanah. Sistem pengetanahan Driven Rod dapat menggunakan satu batang konduktor atau 4
batang konduktor a. Sistem pengetanahan Driven Rod satu batang konduktor
Bila satu batang konduktor dengan panjang l dan memiliki radius r dan ditanam tegak lurus pada tanah, maka tahanan, kapasitansi, dan induktansi dari konduktor
besama tanah adalah :
b. Sistem pengetanahan Driven Rod empat batang konduktor
Bila empat batang konduktor dengan panjang l dan memiliki radius r dan ditanam tegak lurus pada tanah, maka tahanan, kapasitansi, dan induktansi dari konduktor
besama tanah adalah :
√
⁄
⁄
[ √
⁄
]
Dimana : = permitivitas relatif tanah
Gambar 18 Driven Rod empat batang konduktor
G. Lompatan Api Balik Back-Flashover
Lompatan api balik back-flashover merupakan fenomena yang terjadi saat kawat
tanah Ground Wire tersambar petir langsung Direct Stroke. Besarnya tegangan yang timbul pada isolator transmisi tergantung pada kedua
parameter kilat, yaitu puncak dan kecuraman muka gelombang kilat. Tidak semua sambaran kilat dapat mengakibatkan lompatan api balik back-flashover pada
isolasi saluran. Fenomena ini terjadi apabila saat kawat tanah tersambar petir dan sisa arus yang
mengalir ke sistem pengetanahan kembali lagi ke puncak menara melalui menara transmisi dengan berosilasi.
Lompatan api balik back-flashover pada saluran terjadi bila tegangan yang timbul sangat besar dan melebihi kekuatan tegangan
impuls V
50
isolator. l
S
2
S
1
Gambar 19 Bekas isolator yang terkena Flashover
Dimana : K
1
= 0,4 x L
K
2
= 0,71 x L
L =
panjang renteng isolator t
= waktu tembus atau waktu lompatan api µdet
H. Jumlah Sambaran Kilat Ke Bumi, Lompatan Api Dan Busur Api
Kategori