UMUM Menghitung Impedansi Surja Kawat Tanah.

13

BAB II IMPEDANSI SURJA KAWAT TANAH DAN MENARA

II.1 UMUM

Saluran transmisi lebih tinggi dibandingkan objek di sekelilingnya, karena itu saluran transmisi memiliki resiko besar untuk terkena sambaran petir. Untuk mengatasi hal tersebut maka saluran transmisi dilengkapi dengan kawat tanah yang diletakkan di atas kawat penghantar dan dihubungkan langsung ke bumi melalui elektroda pembumian yang terpasang pada kaki-kaki menara.. Pada saluran transmisi, kawat-kawat penghantar didukung oleh menara yang bentuknya disesuaikan dengan konfigurasi saluran transmisi tersebut. Jenis-jenis bangunan penopang saluran transmisi yang dikenal adalah menara baja, tiang baja, tiang beton bertulang dan tiang kayu. Tiang baja atau tiang beton bertulang maupun tiang kayu biasanya digunakan pada saluran yang tegangannya relatif rendah yaitu di bawah 70 kV, sedangkan untuk saluran tegangan tinggi atau tegangan ekstra tinggi digunakan menara baja. Menara baja terbuat dari baja yang bagian-bagian kakinya mempunyai pondasi sendiri-sendiri, sedang tiang baja mempunyai satu pondasi untuk semua bagian kakinya. Pada Gambar 2.1 ditunjukkan beberapa bentuk menara baja dan konfigurasi penghantar saluran transmisi. Universitas Sumatera Utara 14 R S T S T R R S T R S T S T R R T S T1 S1 R1 R1 S1 T1 a b c a Konfigurasi horizontal b Konfigurasi delta c Saluran ganda Gambar 2.1 Bentuk menara dan konfigurasi penghantar transmisi hantaran udara

II.2 Teori Gelombang Berjalan

Jika konduktor dihubungkan dengan sumber tegangan, maka seluruh konduktor tersebut tidak langsung bertegangan. Masih diperlukan beberapa saat untuk dapat merasakan tegangan ini pada suatu titik dalam sistem yang mempunyai jarak tertentu dari sumber tegangan tersebut. Proses ini sama dengan peluncuran sebuah gelombang tegangan yang merambat sepanjang konduktor dengan kecepatan tertentu yang disebut juga dengan gelombang berjalan. Gelombang ini akan mengalami perubahan bila mencapai titik peralihan, sehingga terdapat perbedaan dengan gelombang asal.

II.2.1 Gelombang Berjalan pada Titik Peralihan

Bila gelombang berjalan menemui titik peralihan, misalnya: hubungan terbuka, hubungan singkat dan perubahan impedansi, maka sebagian gelombang itu akan dipantulkan dan sebagian lain akan diteruskan ke bagian lain dari titik tersebut seperti ditunjukkan pada gambar 1. 1 1 Hutauruk, T.S., “Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja”, Erlangga, Jakarta, 1991 Universitas Sumatera Utara 15 Pada titik peralihan itu sendiri, besar tegangan dan arus bervariasi dari nol sampai dua kali besar tegangan gelombang yang datang. e 1 e 1 e 1 z 2 z 1 Gambar 2.2. Perbedaan impedansi pada titik peralihan dimana : e 1 = gelombang datang e 1 ’ = gelombang pantulan e 1 ” = gelombang terusan Misalkan sebuah gelombang datang e 1 merambat pada saluran dengan impedansi surja z 1 dan menemui titik peralihan T seperti pada gambar 2. Bila gelombang datang e 1 mencapai titik peralihan, sebagian akan dipantulkan yaitu e 1 ’ , dan sebagian lagi akan diteruskan, yaitu e 2 ’’ ,...,e k ’’ ,...,e n ’’ pada kawat z 2 ,...,z k ,...,z n . e 1 e 1 z 1 e J Z 1 p Z n p Z n-1 p Z k p Z 2 p Z g p T e ’ n e ’ n-1 e ’ k e ’ 2 Zp Z p e Gambar 2.3 Titik peralihan Universitas Sumatera Utara 16 Dimana: e = tegangan pada titik sambungan J e = tegangan pada titik peralihan T Z k p = impedansi seri pada saluran k Zp = impedansi di belakang titik sambungan J Z p = impedansi di belakang titik peralihan T z k = impedansi surja saluran k Misalkan titik peralihan itu sebagai pusat koordinat, dan dimisalkan pula semua kawat ideal, maka terdapat hubungan-hubungan : - gelombang datang : 1 1 1 z i e = 2.1 - gelombang pantulan : 1 z i e 1 1 − = 2.2 - gelombang terusan : k k k z i e = 2.3 Jumlah gelombang tegangan dan arus pada titik peralihan : 1 1 i i i + = 2.4 1 1 i p Z e e e = + = 2.5 Substitusi Persamaan 2.1 dan 2.2 ke Persamaan 2.4 dan 2.5 diperoleh : 1 1 1 1 1 1 z e z e i i i − = + = 1 1 i Z e e e = + = Universitas Sumatera Utara 17 z e z e Z 1 1 1 1 − = Jadi, e e z Z e e 1 1 1 1 1 − = + Gelombang pantulan : 1 1 1 1 e z Z z Z e + − = 2.6 Dari e e e 1 1 + = diperoleh 1 1 1 1 e z Z z Z e e + − + = Jadi tegangan total : 1 1 e z Z Z 2 e + = 2.7 Untuk arus pantulan : 1 1 1 1 1 1 1 z e z Z z Z z e i ⋅ + − − = − = menurut hukum ohm, 1 1 1 z e i = , maka : 1 1 1 1 i z Z z Z i + − − = 2.8 Maka arus total : 1 1 1 i z Z z 2 i + = 2.9 Persamaan-persamaan 2.6 sampai dengan 2.9 disebut sebagai persamaan umum untuk gelombang pantulan dan gelombang terusan. Dalam hal ini diperoleh : 1 1 z Z z Z + − = koefisien pantulan untuk tegangan 1 1 z Z z Z + − − = koefisien pantulan untuk arus Universitas Sumatera Utara 18 1 z Z Z 2 + = koefisien terusan atau transmisi untuk tegangan 1 1 z Z z 2 + = koefisien terusan atau transmisi untuk arus

II.2.2 Bentuk dan Spesifikasi Gelombang

Bentuk gelombang berjalan digambarkan sebagai berikut : Gambar 2.3 bentuk gelombang impuls Standar IEC 1,2 50μs Spesifikasi dari gelombang berjalan : a. Puncak gelombang, E kV, yaitu amplitudo maksimum dari gelombang. b. Muka Gelombang, t 1 mikrodetik, yaitu waktu dari permulaan sampai puncak. Dalam hal ini diambil dari 30 E sampai 90 E, seperti yang ditunjukkan Gambar 3b. c. Ekor gelombang, yaitu bagian dibelakang puncak. Panjang gelombang , t 2 mikrodetik, yaitu waktu dari permulaan sampai titik 50 E pada ekor gelombang. d. Polaritas, yaitu polaritas dari gelombang, positif atau negatif. Suatu gelombang berjalan surja dinyatakan sebagai: E, t 1 t 2 Universitas Sumatera Utara 19 Rumus Umum bentuk gelombang berjalan secara sistematis dinyatakan dengan persamaan e t = E e -at – e -bt dimana: E, a dan b adalah konstanta. E e -at E e -bt E e -at - E e -bt waktu Gambar 2.4. Bentuk Gelombang Petir Untuk bentuk gelombang surja standard IEC 1.250 μs koefisien a = 1,426 x 10 4 s, dan b = 4,877 x 10 6 s .

II.3 Menghitung Impedansi Surja Kawat Tanah.

Perhitungan impedansi surja kawat tanah dibedakan dalam dua keadaan yaitu bila tidak ada korona dan yang kedua bila terjadi korona. Pada Saluran Udara Tegangan Tinggi SUTT sampai 230 kV biasanya digunakan rumus – rumus tanpa korona sedangkan untuk Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi SUTET, 345 kV sampai 765 kV, dan pada Saluran Udara Tegangan Ultra Tinggi SUTUT, di atas 765 kV selalu dianggap terjadi korona. 1. Bila tidak terjadi korona :       = r h Z t g 2 ln 60 untuk satu kawat tanah 2.10 Universitas Sumatera Utara 20         = r a h Z t g 12 2 ln 60 untuk dua kawat tanah 2.11 2. Bila terjadi korona : R h r h Z t t g 2 ln . 2 ln 60 = untuk satu kawat tanah 2.12 2 12 11 Z Z Z g + = untuk dua kawat tanah 2.13 dimana, Z 11 = impedansi surja sendiri dari satu kawat tanah Z 12 = impedansi surja bersama antara kedua kawat tanah =       12 12 ln 60 a b lihat Gambar 2.5 R = radius amplop korona dari kawat tanah, meter. r = radius kawat tanah tanpa korona, meter. h t = tinggi rata-rata untuk kawat tanah, meter. Bidang referensi Kawat-kawat bayangan Kawat tanah Kawat fasa 1 2 a 1 a 2 h t b 12 a 1 a 2 1 2 a 12 Gambar 2.5. Gambar potongan saluran transmisi Universitas Sumatera Utara 21

II.4 Efek Peredaman