31
BAB IV KUAT MEDAN LISTRIK DI BAWAH
SALURAN TRANSMISI 275 kV GALANG - BINJAI
IV. 1 Umum
Dalam rangka meningkatkan kehandalan sistem kelistrikan nasional, maka pemerintah PLN mencanangkan program 10.000 MW yang meliputi pembangunan
pembangkit, saluran transmisi, gardu induk, dan saluran distribusi baru, serta peningkatan kapasitas sistem yang sudah ada. Salah satu bagian dari program 10.000
MW di luar sistem Jawa-Bali adalah pembangunan sistem interkoneksi Sumatera yang bertegangan 275 kV. Pembangunan sistem interkoneksi Sumatera ini selain
bertujuan untuk meningkatkan kehandalan sistem kelistrikan di Sumatera, juga untuk mendukung pembangunan proyek interkoneksi Jawa-Sumatera dan
interkoneksi Indonesia-Malaysia. Transmisi 275 kV Galang-Binjai merupakan bagian dari sistem interkoneksi Sumatera. Transmisi ini berjarak 54.785,755 m
54,785 km dan ditopang oleh menara sebanyak 142 unit. Transmisi ini menggunakan saluran ganda dan 2 berkas konduktor ACSR Zebra. Transmisi inilah
yang menjadi studi kasus dari Tugas Akhir ini.
IV. 2 Konstruksi Menara
Sebelum menghitung kuat medan listrik di bawah saluran transmisi pada transmisi 275 kV Galang-Binjai, perlu diketahui terlebih dahulu beberapa informasi
tentang transmisi 275 kV Galang-Binjai.
1. Konstruksi menara
Tipe menara : saluran ganda
Panjang
bottom cross arm
: 14,3 m Panjang
middle cross arm
: 13,8 m
Universitas Sumatera Utara
32
D p
q s
Y Y
h
1m permukaan tanah
1
D
2
D
3
R
12
R
11
S
12
S
11
T
12
T
11
R
22
R
21
S
22
S
21
T
22
T
21
Panjang
upper cross arm
: 13,4 m Ketinggian
bottom cross arm
: 46,5 m Jarak antar
cross arm
: 7,45 m 2.
Isolator Panjang rantai isolator: 3,95 m
3. Kawat penghantar
Tipe : ACSR Zebra
Diameter : 28,6 mm
Susunan : dua berkas 2xZebra twin Zebra
Jarak antar berkas : 26 cm
Besar andongan : 7,5 m
Gambar konstruksi menara lengkap beserta ukuran-ukurannya diberikan pada Lampiran C. Dengan informasi di atas, maka dapat dihitung besar kuat medan listrik
di bawah saluran transmisi.
IV. 3 Perhitungan Kuat Medan Listrik
Pada gambar 4.1 diperlihatkan jarak suatu titik terhadap tiap-tiap kawat penghantar
saluran transmisi.
Gambar 4. 1 Jarak suatu titik terhadap tiap-tiap kawat penghantar
Universitas Sumatera Utara
33
Misalkan fasa yang terletak pada
upper cross a rm
sebelah kiri dan kanan adalah fasa R, pada
middle cross arm
sebelah kiri dan kanan adalah fasa S, pada
bottom cross arm
sebelah kiri dan kanan adalah fasa T konfigurasi RST-RST, dan ketinggian titik uji dari permukaan tanah adalah 1m.
Untuk menghitung kuat medan listrik di suatu titik diasumsikan kedua menara transmisi yang menopang kawat penghantar memiliki ketinggian yang sama
serta permukaan tanah di bawah saluran transmisi memiliki kontur yang rata. Sesuai dengan asumsi tersebut, maka titik terendah berada di tengah-tengah saluran di
antara kedua menara. Berdasarkan informasi yang diperoleh di atas, terlihat:
D
1
= 13,4 m
D
2
= 13,8 m
D
3
= 14,3 m
Y
= 7,45 m
s
= 0,26 m
p
= 0,5
D
2
-D
1
=0,2 m
q
= 0,5
D
3
-D
2
=0,25 m
h
= ketinggian
bottom cross arm
-panjang rantai isolator-23×andongan-1m = 36,55 m
Karena konstruksi menara yang dipakai adalah tipe sirkuit ganda, maka ketinggian tiap kawat fasa dari permukaan tanah tidak sama, sehingga:
m Y
h H
R
45 ,
52 1
9 ,
14 55
, 36
1 2
1
m Y
h H
S
45 1
45 ,
7 55
, 36
1
1
m
h H
T
55 ,
37 1
55 ,
36 1
1
m Y
h H
R
45 ,
52 1
9 ,
14 55
, 36
1 2
2
m Y
h H
S
45 1
45 ,
7 55
, 36
1
2
m
h H
T
55 ,
37 1
55 ,
36 1
2
Universitas Sumatera Utara
34
D p
q
s Y
Y
h
1m permukaan tanah
1
D
2
D
3
R
12
R
11
S
12
S
11
T
12
T
11
R
22
R
21
S
22
S
21
T
22
T
21
Sumbu Menara
x x m
-x a
1
a
2
b
1
b
2
c
2
c
1
Apabila ingin dihitung besar kuat medan listrik pada titik sejauh
x
meter dari sumbu menara transmisi, maka menara transmisi harus di ambil sebagai sumbu
acuan. Gambarnya adalah sebagai berikut:
Gambar 4. 2 Sumbu menara transmisi menjadi sumbu acuan untuk menghitung kuat medan listrik pada titik sejauh x meter dari menara transmisi
Berdasarkan gambar 4.2, dapat dibuat persamaan sebagai berikut:
2
1 1
s D
a
2
2 1
s D
b
2
3 1
s D
c
2
1 2
s D
a
2
2 2
s D
b
2
3 2
s D
c
Universitas Sumatera Utara
35
Sehingga jarak tiap kawat penghantar saluran transmisi ke titik tersebut adalah :
2 2
1 11
h x
c R
T
2 2
2 12
h x
c R
T
2 2
1 11
Y h
x b
R
S
2 2
2 12
Y h
x b
R
S
2 2
1 11
2
Y h
x a
R
R
2 2
2 12
2
Y h
x a
R
R
2 2
1 22
h x
c R
T
2 2
2 21
h x
c R
T
2 2
1 22
Y h
x b
R
S
2 2
2 21
Y h
x b
R
S
2 2
1 22
2
Y h
x a
R
R
2 2
2 21
2
Y h
x a
R
R
Sudut yang dibentuk oleh masing-masing vektor medan listrik terhadap sumbu
x
adalah:
x c
h
T
1 1
11
tan
x c
h
T
2 1
12
tan
x b
Y h
S
1 1
11
tan
x b
Y h
S
2 1
12
tan
x a
Y h
R
1 1
11
2 tan
x a
Y h
R
2 1
12
2 tan
x c
h
T
1 1
22
tan
x c
h
T
2 1
21
tan
x b
Y h
S
1 1
22
tan
x b
Y h
S
2 1
21
tan
x a
Y h
R
1 1
22
2 tan
x a
Y h
R
2 1
21
2 tan
Dengan menggunakan persamaan untuk menghitung kuat medan listrik di sekitar konduktor silinder yang telah diturunkan pada bab sebelumnya, maka dapat
dihitung kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh masing-masing kawat penghantar. Jika dimisalkan perbedaan sudut fasa tiap tegangan:
Universitas Sumatera Utara
36
120 sin
2 3
t V
v
l l
T
t V
v
l l
S
sin 2
3
120 sin
2 3
t V
v
l l
R
Maka besar kuat medan listrik:
r H
R v
E
T T
T T
1 11
11
ln
r H
R v
E
T T
T T
1 12
12
ln
r H
R v
E
S S
S S
1 11
11
ln
r H
R v
E
S S
S S
1 12
12
ln
r H
R v
E
R R
R R
1 11
11
ln
r H
R v
E
R R
R R
1 12
12
ln
r H
R v
E
T T
T T
2 22
22
ln
r H
R v
E
T T
T T
2 21
21
ln
r H
R v
E
S S
S S
2 22
22
ln
r H
R v
E
S S
S S
2 21
21
ln
r H
R v
E
R R
R R
2 22
22
ln
r H
R v
E
R R
R R
2 21
21
ln
Kuat medan listrik yang diperoleh dari perhitungan di atas harus diubah menjadi komponen sumbu
x
horizontal dan sumbu
y
vertikal agar dapat dijumlahkan secara aljabar biasa. Komponen kuat medan listrik di sumbu
x
adalah:
11 11
11
cos
T T
x T
E E
12 12
12
cos
T T
x T
E E
11 11
11
cos
S S
x S
E E
12 12
12
cos
S S
x S
E E
11 11
11
cos
R R
x R
E E
12 12
12
cos
R R
x R
E E
22 22
22
cos
T T
x T
E E
21 21
21
cos
T T
x T
E E
Universitas Sumatera Utara
37
22 22
22
cos
S S
x S
E E
21 21
21
cos
S S
x S
E E
22 22
22
cos
R R
x R
E E
21 21
21
cos
R R
x R
E E
Sedangkan komponen kuat medan listrik di sumbu y adalah:
11 11
11
sin
T T
y T
E E
12 12
12
sin
T T
y T
E E
11 11
11
sin
S S
y S
E E
12 12
12
sin
S S
y S
E E
11 11
11
sin
R R
y R
E E
12 12
12
sin
R R
y R
E E
22 22
22
sin
T T
y T
E E
21 21
21
sin
T T
y T
E E
22 22
22
sin
S S
y S
E E
21 21
21
sin
S S
y S
E E
22 22
22
sin
R R
y R
E E
21 21
21
sin
R R
y R
E E
Setelah diperoleh komponen kuat medan listrik di sumbu
x
dan sumbu
y
, maka masing-masing nilai tersebut dapat dijumlahkan secara aljabar. Total
komponen kuat medan listrik di sumbu
x
adalah:
E
x
=
x R
x R
x S
x S
x T
x T
x R
x R
x S
x S
x T
x T
E E
E E
E E
E E
E E
E E
22 21
22 21
22 21
12 11
12 11
12 11
dan total komponen kuat medan listrik di sumbu
y
adalah:
E
y
=
y R
y R
y S
y S
y T
y T
y R
y R
y S
y S
y T
y T
E E
E E
E E
E E
E E
E E
22 21
22 21
22 21
12 11
12 11
12 11
Dengan mengetahui komponen kuat medan listrik di sumbu
x
dan
y
, maka kuat medan listrik total di titik tersebut dapat dihitung dengan menjumlahkan kedua
komponen kuat medan listrik secara vektoris, yaitu:
Universitas Sumatera Utara
38
1m permukaan tanah
R S
T R
S T
Sumbu Menara
x m -x
C13,1 B0,1
A-13,1
2 2
2
y x
tot
E E
E
E
tot
=
2 2
y x
E E
Dari persamaan di atas, maka dapat disusun suatu program dengan bantuan software
MATLAB
untuk menghitung kuat medan listrik di bawah saluran sejauh
x
meter dari sumbu menara transmisi. Berdasarkan
SNI 04-6918-2002
tentang ruang bebas dan jarak bebas minimum pada SUTT dan SUTET, dijelaskan bahwa untuk saluran transmisi sirkuit
ganda dengan tegangan kerja 275 kV, jarak bebas minimum horizontal dari sumbu vertikal menara transmisi adalah sebesar 13 meter. Pada program ini akan dihitung
kuat medan listrik pada tiga titik, yaitu pada titik A -13,1, pada titik B 0,1, dan titik C 13,1.
Gambar 4. 3 Posisi titik uji A -13,1, B 0,1, dan C 13,1
Universitas Sumatera Utara
39
Dengan memasukkan data-data pada saluran transmisi ke dalam program, beserta posisi titik uji, maka dapat dihitung besar kuat medan listrik
E
tot
untuk berbagai tipe konfigurasi fasa kawat penghantar pada titik tersebut. Tampilan
program adalah sebagai berikut :
Gambar 4. 4 Tampilan program penghitung kuat medan listrik di bawah saluran transmisi
Kuat medan listrik
E
tot
pada titik A, B, dan C diberikan pada lampiran A.
Dari gambar kuat medan listrik
E
tot
di bawah saluran transmisi pada posisi titik uji A, B, dan C, dapat dilihat bahwa periode gelombang kuat medan listrik
E
tot
untuk tiap tipe konfigurasi fasa adalah sebesar 0,01s. Kemudian setelah diketahui periode dari grafik kuat medan listrik
E
tot
, dapat dihitung nilai efektif dari
E
tot
dengan menggunakan rumus:
T to t
to t
dt E
T eff
E
2
1
Universitas Sumatera Utara
40
dengan memisalkan : E
A
eff
: Kuat medan listrik efektif pada titik A -13,1, E
B
eff
: Kuat medan listrik efektif pada titik B 0,1, E
C
eff
: Kuat medan listrik efektif pada titik C 13,1.
Dengan menggunakan program
MATLAB
, maka kuat medan listrik efektif pada tiap konfigurasi fasa kawat penghantar dapat dihitung.
IV. 4 Analisis Data
Dari perhitungan kuat medan listrik
E
tot
efektif di bawah saluran transmisi pada posisi titik A, B, dan C, dapat disusun sebuah tabel kuat medan listrik
E
tot
efektif E
A
eff
, E
B
eff
, dan E
C
eff
seperti pada Tabel 4.5 berikut:
Tabel 4. 5 Kuat medan listrik efektif di bawah saluran transmisi pada titik uji A, B, dan C
Tipe Konfigurasi
E
A
eff kVm -13,1
E
B
eff kVm 0,1
E
C
eff kVm 13,1
RST-RST 0,5249
0,5626 0,5249
RST-RTS 0,4421
0,4745 0,4421
RST-SRT 0,2935
0,3284 0,3104
RST-STR 0,4807
0,5156 0,4807
RST-TRS 0,3104
0,3284 0,2935
RST-TSR 0,1774
0,2005 0,1774
Universitas Sumatera Utara
41
Dari Tabel 4.5 diatas dapat dilihat bahwa kuat medan listrik
E
tot
efektif terkecil pada ketiga titik uji A,B, dan C dihasilkan oleh tipe konfigurasi fasa RST-
TSR. Yaitu sebesar 0,1774 kVm, 0,2005 kVm, dan 0,1774 kVm. Sedangkan kuat medan listrik
E
tot
efektif terbesar dihasilkan oleh tipe konfigurasi fasa RST-RST, yaitu sebesar 0,5249 kVm, 0,5626 kVm, dan 0,5249 kVm.
Ada 36 tipe konfigurasi fasa kawat penghantar yang dapat dibuat. Tetapi hanya ada 6 tipe konfigurasi fasa kawat penghantar yang menghasilkan kuat medan
listrik yang berbeda, seperti yang telah dikelompokkan pada tabel 4.6 berikut:
Tabel 4. 6 Tipe konfigurasi kawat penghantar yang menghasilkan kuat medan listrik yang sama di bawah saluran transmisi sirkuit ganda
Untuk saluran transmisi sirkuit ganda yang mengalami transposisi kawat penghantar, dapat dipilih suatu tipe transposisi kawat penghantar yang menghasilkan
kuat medan listrik yang paling kecil di bawah saluran transmisi dibandingkan dengan tipe transposisi kawat penghantar lainnya. Tabel 4.7 di bawah adalah tabel tentang
prinsip transposisi kawat penghantar saluran transmisi.
RST-RST RST-RTS
RST-SRT RST-STR
RST-TRS RST-TSR
RTS-RTS RTS-RST
RTS-TRS RTS-TSR
RTS-SRT RTS-STR
SRT-SRT SRT-STR
SRT-RST SRT-RTS
SRT-TSR SRT-TRS
STR-STR STR-SRT
STR-TSR STR-TRS
STR-RST STR-RTS
TSR-TSR TSR-TRS
TSR-STR TSR-SRT
TSR-RTS TSR-RST
TRS-TRS TRS-TSR
TRS-RTS TRS-RST
TRS-STR TRS-SRT
Universitas Sumatera Utara
42
Tabel 4. 7 Prinsip Transposisi Kawat Penghantar Saluran Transmisi Sirkuit Ganda
SIRKUIT 1
2 1
2 1
2 1
2 1
2 1
2
13 Panjang
Saluran R
T R
R R
S R
T R
S R
R S
S S
T S
R S
R S
T S
S T
R T
S T
T T
S T
R T
T
13 Panjang
Saluran T
S T
T T
R T
S T
R T
T R
R R
S R
T R
T R
S R
R S
T S
R S
S S
R S
T S
S
13 Panjang
Saluran S
R S
S S
T S
R S
T S
S T
T T
R T
S T
S T
R T
T R
S R
T R
R R
T R
S R
R
Nama I.1
I.2 I.3
II.1 II.2
III
Dengan menggunakan tabel 4.5, tabel 4.6, dan tabel 4.7, dapat disusun sebuah tabel 4.8 untuk membandingkan kuat medan listrik di bawah saluran
transmisi yang dihasilkan oleh tiap tipe transposisi kawat penghantar saluran transmisi.
Tabel 4. 8 Perbandingan kuat medan listrik di bawah saluran transmisi untuk tiap tipe transposisi kawat penghantar saluran transmisi
13 panjang saluran
13 panjang saluran
13 panjang saluran
I.1
Tipe Konfigurasi
RST-TSR TRS-SRT
STR-RTS
E
eff
kVm A-13,1
0,1774 0,1774
0,1774 B0,1
0,2005 0,2005
0,2005 C13,1
0,1774 0,1774
0,1774 I.2
Tipe Konfigurasi RST-RTS
TRS-TSR STR-SRT
E
eff
kVm A-13,1
0,4421 0,4421
0,4421 B0,1
0,4745 0,4745
0,4745 C13,1
0,4421 0,4421
0,4421 I.3
Tipe Konfigurasi RST-SRT
TRS-RTS STR-TSR
E
eff
kVm A-13,1
0,2935 0,2935
0,2935 B0,1
0,3284 0,3284
0,3284 C13,1
0,3104 0,3104
0,3104
Universitas Sumatera Utara
43
II.1
Tipe Konfigurasi
RST-TRS TRS-STR
STR-RST
E
eff
kVm A-13,1
0,3104 0,3104
0,3104 B0,1
0,3284 0,3284
0,3284 C13,1
0,2935 0,2935
0,2935 II.2
Tipe Konfigurasi RST-STR
TRS-RST STR-TRS
E
eff
kVm A-13,1
0,4807 0,4807
0,4807 B0,1
0,5156 0,5156
0,5156 C13,1
0,4807 0,4807
0,4807 III
Tipe Konfigurasi RST-RST
TRS-TRS STR-STR
E
eff
kVm A-13,1
0,5249 0,5249
0,5249 B0,1
0,5626 0,5626
0,5626 C13,1
0,5249 0,5249
0,5249
Dari tabel 4.8 di atas dapat dilihat bahwa tipe transposisi kawat penghantar yang menghasilkan kuat medan listrik paling kecil di bawah saluran transmisi adalah
tipe transposisi I.1. Sedangkan kuat medan listrik paling besar di bawah saluran transmisi dihasilkan oleh tipe transposisi III.
Universitas Sumatera Utara
44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN