Pengaruh Impedansi Pembumian Menara Transmisi Terhadap Distribusi Tegangan Surja Petir Pada Tiap Menara Transmisi

PENGARUH IMPEDANSI PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA TIAP

MENARA TRANSMISI

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh :

RENHAT LASIDOS DABALOK NIM : 060402067

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

LEMBAR PENGESAHAN

PENGARUH IMPEDANSI PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA TIAP

MENARA TRANSMISI

Oleh:

RENHAT LASIDOS DABALOK 060402067

Tugas akhir ini diajukan untuk melengkapi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

pada

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

Sidang pada Tanggal 19 Bulan Desember Tahun 2012 di depan Penguji : 1. Ir. Hendra Zulkarnaen : Ketua Penguji

2. Ir. Zulkarnaen Pane : Anggota Penguji 3. Syiska Yana, S.T., M.T. : Anggota Penguji

Diketahui oleh : Disetujui oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro, Pembimbing Tugas Akhir, Ir. Surya Tarmizi Kasim, M.Si Ir. Syahrawardi

ABSTRAK

Petir yang menerpa kawat tanah saluran transmisi menimbulkan tegangan lebih surja berupa gelombang berjalan yang merambat dari titik sambaran menuju menara transmisi berikutnya, selanjutnya akan merambat sampai ke pembumian menara tersebut. Adanya perbedaan impedansi surja pembumian menara dengan impedansi surja menara menyebabkan gelombang ini akan dipantulkan kembali ke puncak menara. Kemudian dari puncak menara gelombang tegangan surja dipantulkan lagi ke pembumian menara. Dengan demikian akan terjadi pantulan berulang di pembumian dan puncak menara. Pantulan-pantulan gelombang ini akan membuat tegangan pada isolator menara naik. Dalam Tugas Akhir ini akan diteliti bagaimana pengaruh impedansi pembumian terhadap distribusi tegangan surja petir pada tiap menara transmisi. Untuk melihat hal ini diadakan studi kasus pada Menara No. 70 s/d Menara No. 80 milik PT PLN Transmisi 150 kV Titi Kuning – Berastagi. Diperoleh bahwa semakin kecil impedansi pembumian maka tegangan isolator semakin kecil.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas kasih dan penyertaan-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul :

PENGARUH IMPEDANSI PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI

TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA TIAP MENARA TRANSMISI

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Syahrawardi sebagai Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Hendra Zulkarnaen sebagai Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi, M.Si selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

6. Kedua orang tua penulis Elman Sidabalok dan Rosma br Manurung dan abang dan kakak penulis yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada penulis dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai besarnya.

7. Teman-teman stambuk 2006 yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu persatu, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan.

8. Sahabat seperjuangan Bonar, Mitro, Frans, Taufan dan teman-teman yang lain yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu persatu, terimakasih atas dukungannya.

9. Buat sahabat-sahabat saya Tika, Roni, Handri Karundeng, Agus dan sahabat yang lain yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu persatu, yang selalu memberi semangat, dukungan dan doanya buat selesainya Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan.

Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Medan, Desember 2012 Penulis

DAFTAR ISI

ABSTRAK i

KATA PENGANTAR ii

DAFTAR ISI iv

DAFTAR GAMBAR viii

DAFTAR TABEL ix

BAB I PENDAHULUAN 1

I.1 Latar Belakang 1

I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan 1

I.3 Batasan Masalah 2

I.4 Metode Penulisan 3

I.5 Sistematika Penulisan 3

BAB II IMPEDANSI SURJA MENARA DAN KAWAT TANAH 5

II.1 Teori Gelombang Berjalan 5

II.1.1 Pendahuluan 5

II.1.2 Sumber-sumber Gelombang Berjalan 5

II.1.3 Impedansi Surja 6

II.1.4 Bentuk dan Spesifikasi Gelombang Berjalan 7 II.1.5 Ekspresi Matematis Gelombang Berjalan 8

II.3 Parameter Kawat Tanah 9 II.4 Impedansi Surja Kawat Tanah Dan Menara 11

II.4.1 Menghitung Impedansi Surja Kawat Tanah 11 II.4.2 Menghitung Impedansi Surja Menara 12

II.5 Impedansi Surja Elektroda Pembumian 13

II.6 Menurunkan Tahanan Jenis Tanah Dengan Penaburan Garam Pada Tanah

(Kimiawi) 17

BAB III DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA TIAP MENARA

TRANSMISI 19

III.1 UMUM 19

III.2 Distribusi Arus Surja Pada Terminal Bercabang Dua 19 III.3 Distribusi Arus Surja Pada Menara Transmisi 23 III.4 Menentukan Tegangan Pada Isolator Menara 26

BAB IV PENGARUH INDUKTANSI DAN KAPASITANSI PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN

SURJA PETIR PADA TIAP MENARA TRANSMISI 30

IV.1 Umum 30

IV.2 Perhitungan Impedansi Surja Elektroda Pembumian Menara 32 IV.2.1. Perhitungan Impedansi Surja Pembumian Menara untuk Berbagai

IV.2.2. Perhitungan Impedansi Surja Pembumian Menara untuk Berbagai Jarak Pemisah antar Elektroda Pembumian 34

IV.4 Perhitungan Impedansi Surja Kawat Tanah 35 IV.4.1 Perhitungan Impedansi Surja Menara 36

IV.4.2 Perhitungan efek peredaman 37

IV.4.3 Perhitungan koefisien h dan f 38

IV.4.4 Perhitungan Distribusi Arus dan Tegangan Surja Pada Tiap Menara 38

IV.4 Perhitungan Tegangan Isolator 39

IV.4.1. Perhitungan Tegangan Isolator Menara untuk Berbagai Panjang

Elektroda Pembumian 43

IV.4.2. Perhitungan Tegangan Isolator Menara untuk Berbagai Jarak

Pemisah antar Elektroda Pembumian 50

IV.4.3. Perhitungan Tegangan Isolator Menara untuk Berbagai Permitivitas Tanah (ρ) Pembumian Menara 57

IV.5 Analisa Data 64

IV.5.1. Pengaruh Panjang Elektroda Pembumian terhadap Tegangan

Isolator (Vi) Menara 64

IV.5.2.Pengaruh Jarak Pemisah (s) Elektroda Pembumian terhadap

Tegangan Isolator (Vi) Menara 65

IV.5.3.Pengaruh Permitivitas Tanah (ρ) Elektroda Pembumian terhadap

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 69

V.1 Kesimpulan 69

V.2 Saran 69

DAFTAR GAMBAR

2.1. Spesifikasi gelombang berjalan 7

2.2. Gelombang kilat tipikal 8

2.3. Gelombang berjalan pada perubahan impedansi 9

2.4. Penampang menara transmisi 12

2.5. Rangkaian ekivalen impedansi surja pembumian satu elektroda batang 14 2.6. Elektroda pembumian kimiawi (chemical earth electrode) 18 3.1. Rangkaian titik cabang kawat tanah dan menara 20

3.2. Distribusi arus surja pada tiap menara 25

3.3. Diagram tangga untuk menghitung tegangan isolator menara 28

4.1. Grafik t vs Vi dengan l = 1,5 meter 46

4.2. Grafik t vs Vi dengan l = 4 meter 47

4.3. Grafik t vs Vi dengan l = 8 meter 48

4.4. Grafik t vs Vi dengan l = 12 meter 49

4.5. Grafik t vs Vi dengan jarak pemisah s = 6 meter 53 4.6. Grafik t vs Vi dengan jarak pemisah s = 7 meter 54 4.7. Grafik t vs Vi dengan jarak pemisah s = 8 meter 55 4.8. Grafik t vs Vi dengan jarak pemisah s = 9 meter 56 4.9. Grafik t vs Vi dengan permitivitas tanah (ρ) = 200 60 4.10. Grafik t vs Vi dengan permitivitas tanah (ρ) = 150 61 4.11. Grafik t vs Vi dengan permitivitas tanah (ρ) = 100 62 4.12. Grafik t vs Vi dengan permitivitas tanah (ρ) = 50 63

DAFTAR TABEL

2.1. Tahanan Jenis Tanah 15

3.1. Distribusi Arus Puncak Pada Tiap Menara Transmisi 26

4.1. Konstruksi Tiap Menara 30

4.2. Resistansi, Induktansi, Kapasitansi surja pembumian menara 32 4.3. Impedansi surja pembumian menara sebagai fungsi waktu 33 4.4. Impedansi surja pembumian menara dengan berbagai panjang elektroda

34 4.5 Impedansi surja pembumian menara untuk berbagai jarak pemisah antar

elektroda pembumian 35

4.6. Hasil Perhitungan impedansi surja kawat tanah 36 4.7. Hasil Perhitungan Impedansi Surja Menara 36

4.8. Hasil Perhitungan Efek Peredaman 37

4.9. Koefisien f dan h 38

4.10. Hasil Perhitungan distribusi arus dan tegangan pada tiap menara 39 4.11. Hasil Perhitungan Parameter-parameter Menara 39 4.12. Hasil Perhitungan ta dan tb pada tiap menara 41

4.13. Tegangan isolator menara 42

4.14. Tegangan isolator menara untuk berbagai panjang elektroda pembumian 43 4.15. Tegangan lengan menara untuk berbagai jarak pemisah antar elektroda

4.16. Tegangan lengan menara untuk berbagai permitivitas tanah pembumian

menara 57

4.17. Hubungan panjang elektroda dengan tegangan surja isolator menara 64

a. Pada saat t=1,2 µs 64

b. Pada saat t=50 µs 64

4.18. Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=1,2 s 65 4.19. Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=50 s 65 4.20. Hubungan jarak pemisah(s) elektroda dengan tegangan surja isolator

menara 66

a. Pada saat t=1,2 µs 66

b. Pada saat t=50 µs 66

4.21. Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=1,2 s 66 4.22. Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=50 s 67 4.23. Hubungan permitivitas tanah (ρ) elektroda dengan tegangan surja isolator

menara 67

a. Pada saat t=1,2 µs 67

b. Pada saat t=50 µs 67

4.24. Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=1,2 s 68 4.25. Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=50 s 68

ABSTRAK

Petir yang menerpa kawat tanah saluran transmisi menimbulkan tegangan lebih surja berupa gelombang berjalan yang merambat dari titik sambaran menuju menara transmisi berikutnya, selanjutnya akan merambat sampai ke pembumian menara tersebut. Adanya perbedaan impedansi surja pembumian menara dengan impedansi surja menara menyebabkan gelombang ini akan dipantulkan kembali ke puncak menara. Kemudian dari puncak menara gelombang tegangan surja dipantulkan lagi ke pembumian menara. Dengan demikian akan terjadi pantulan berulang di pembumian dan puncak menara. Pantulan-pantulan gelombang ini akan membuat tegangan pada isolator menara naik. Dalam Tugas Akhir ini akan diteliti bagaimana pengaruh impedansi pembumian terhadap distribusi tegangan surja petir pada tiap menara transmisi. Untuk melihat hal ini diadakan studi kasus pada Menara No. 70 s/d Menara No. 80 milik PT PLN Transmisi 150 kV Titi Kuning – Berastagi. Diperoleh bahwa semakin kecil impedansi pembumian maka tegangan isolator semakin kecil.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pada sistem transmisi diperlukan adanya menara-menara transmisi untuk menyalurkan daya dari suatu tempat ke tempat lain. Menara-menara transmisi ini terdapat di sepanjang saluran yang panjangnya bisa sampai ratusan kilometer. Pada umumnya menara transmisi lebih tinggi daripada objek yang di sekitarnya, sehingga jika terjadi sambaran petir, objek yang akan disambar adalah kawat tanah pada menara transmisi.

Pada kaki menara transmisi terhubung kawat tanah yang digunakan sebagai pembumian. Sedangkan pada pembumian kaki menara transmisi terdapat resistansi, induktansi, dan kapasitansi.

Jika terjadi sambaran petir pada kawat tanah transmisi, maka sebagian arus petir akan disalurkan melalui menara tersebut ke bumi, sebagian lagi diteruskan ke menara selanjutnya.

1.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Adapun tujuan penulisan Tugas Akhir ini adalah:

1. Untuk mengetahui distribusi tegangan pada tiap menara transmisi. 2. Untuk mengetahui hubungan resistansi, induktansi, dan kapasitansi

Adapun manfaat penulisan Tugas Akhir ini diharapkan dapat memberikan informasi dan pengetahuan yang berguna dalam perancangan sistem pembumian yang lebih bagus dengan melibatkan pengaruh resistansi, induktansi, dan kapasitansi pembumian kaki menara.

1.3 Batasan Masalah

Mengingat perhitungan tegangan surja adalah hal yang cukup rumit dan cukup luas, maka perlu dibuat beberapa batasan. Adapun batasan masalah penelitian ini adalah sebagai berikut :

1. Menara yang di teliti adalah menara transmisi tegangan 150 kV milik PT PLN di Titi Kuning-Medan saluran Titi Kuning-Berastagi.

2. Bentuk gelombang petir yang dipakai dalam penelitian ini adalah gelombang petir standar IEC (International Electrotechnical Commission) yaitu 1,2/50 µs.

3. Arus petir pada titik sambaran diasumsikan 60 kA, untuk sambaran titik tengah kawat tanah antara menara 69 dan 70.

4. Objek penelitian adalah 11 menara (Menara No. 70 sampai Menara No. 80).

5. Komponen pembumian yang hitung adalah perubahan panjang elektroda, jarak elektroda dan permitivitas tanah pembumian.

1.4 Metodologi Penulisan

Penelitian ini di teliti pada studi kasus yaitu di PT PLN Menara transmisi No. 70 sampai Menara No. 80, tegangan 150 kV pada transmisi Titi Kuning-Medan Saluran Titi Kuning-Berastagi. Kemudian Impedansi (resistansi, induktansi, dan kapasitansi) di hitung pada tiap-tiap menara transmisi. Surja petir di buat dengan standar IEC 1,2 µs. Sedangkan pada kawat tanah transmisi tersebut terdapat resistansi dan indukansi kemudian semua parameter ini (impedansi kaki menara, Resistansi dan induktansi kawat tanah, resisitansi menara dan arus petir) digambarkan pada rangkaian ekivalen listrik. Dari rangkaian ekivalen ini akan di hitung distribusi tegangan pada tiap transmisi.

1.5 Sistematika Penulisan

Penulisan Tugas Akhir ini ditulis dan disusun dalam urutan sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Bagian ini berisikan latar belakang, tujuan dan manfaat penulisan, batasan masalah, metode penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II IMPEDANSI SURJA MENARA DAN KAWAT TANAH Bagian ini menjelaskan tentang besar impedansi surja gelombang berjalan dan parameter-parameter kawat tanah

BAB III DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA TIAP MENARA TRANSMISI

Bagian ini menjelaskan tentang distribusi tegangan surja petir pada tiap menara.

BAB IV PENGARUH IMPEDANSI PEMBUMIAN MENARA

TRANSMISI TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA TIAP MENARA TRANSMISI

Bab ini memaparkan tentang pengaruh impedansi pembumian menara transmisi dan penghitungan distribusi tegangan pada tiap menara.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bagian ini berisikan kesimpulan yang di dapat dari penelitian dan saran-saran.

BAB II

IMPEDANSI SURJA MENARA DAN KAWAT TANAH

II. 1 TEORI GELOMBANG BERJALAN II.1.1 Pendahuluan

Teori gelombang berjalan pada kawat transmisi telah mulai disusun secara intensif sejak tahun 1910, terlebih-lebih dalam tahun 1930-an[1].

Pada saat ini, gelombang berjalan telah diselidiki pada: a. Kawat tunggal,

b. Kawat majemuk, dan

c. Kecepatan majemuk dari gelombang berjalan.

Bagian terbesar dari studi mengenai gangguan pada sistem transmisi ialah teori gelombang berjalan yang membahas mengenai sumber gelombang, karakteristik gelombang serta keadaan pada titik peralihan dari kawat transmisi.

Untuk kebutuhan sehari-hari, teori kawat tunggal yang memandang hanya satu kawat dan tanah sebagai jalan balik telah memadai.

II.1.2 Sumber-sumber Gelombang Berjalan

Sampai saat ini sebab-sebab gelombang berjalan yang diketahui ialah: a. Sambaran kilat secara langsung pada kawat,

b. Sambaran tidak langsung pada kawat (induksi), c. Operasi pemutusan (switching operations), d. Busur tanah (arching ground),

e. Gangguan-gangguan pada sistem oleh berbagai-bagai kesalahan, dan f. Tegangan mantap pada sistem.

Dari sudut energi, dapat dikatakan bahwa surja pada kawat disebabkan oleh penyuntikan energi secara tiba-tiba pada kawat. Energi ini merambat pada kawat, sama halnya seperti kita melemparkan batu pada air tenang dalam sebuah kolam. Energi yang merambat ini terdiri dari arus dan tegangan.

Kecepatan merambat gelombang berjalan tergantung dari konstanta-konstanta kawat. Pada kawat di udara, kecepatan merambat ini kira-kira 300 meter per mikrodetik jadi sama dengan kecepatan cahaya. Pada kabel tanah kira-kira 150 meter per mikrodetik.

Bila gelombang mencapai titik peralihan atau diskontinuitas akan terjadi perubahan pada gelombang tersebut sehingga terdapat sedikit perbedaan dengan gelombang asal.

II.1.3 Impedansi Surja

Untuk hantaran udara: Z=E/I = 1/Cv = vL

Z= / = 60 ln 2h/r ohm (2.1)

Sedangkan untuk kabel: Z=

√ℇ / ohm (2.2)

Besar impedansi surja untuk kawat udara = 400 - 600 Ohm, dan untuk kabel = 50 - 60 Ohm[1].

II.1.4 Bentuk dan Spesifikasi Gelombang Berjalan

Bentuk umum suatu gelombang berjalan digambarkan sebagai berikut, Gambar 2.1.

Gambar 2.1 : Spesifikasi gelombang berjalan.

Spesifikasi dari suatu gelombang berjalan:

a. Puncak (crest) gelombang, E (kV), yaitu amplitude maksimum dari gelombang. b. Muka gelombang, t1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak.

Dalam praktek ini diambil dari 10 % E sampai 90% E, lihat gambar 2.1b. c. Ekor gelombang, yaitu bagian di belakang puncak.

Panjang gelombang, t2 (mikrodetik), yaitu waktu daripermulaan sampai titik 50% E

pada ekor.

d. Polaritas, yaitu polaritas dari gelombang, positif atau negative. Suatu gelombang berjalan (surja) dinyatakan sebagai:

E, t1 x t2

(a) bentuk umum gelombang impuls _{(b) bentuk gelombang impuls} Standar IEC (1,2/50 s)

Jadi suatu gelombang dengan polaritas positif, puncak 1000 kV, muka 1,2 mikrodetik dan panjang 50 mikrodetik dinyatakan sebagai: + 1000, 1,2 x 50.

II.1.5 Ekspresi Matematis Gelombang Berjalan

Ekspresi dasar dari gelombang berjalan secara sistematis dinyatakan dengan persamaan di bawah ini:

E (t) = E ( − ) (2.3)

Di mana E, a, b adalah konstanta.

Gambar 2.2 Gelombang kilat tipikal

Untuk bentuk gelombang surja standard IEC 1.2/50 s koefisien a = 1,426 x 104 /s, dan b = 4,877 x 106 /s.

II.2 PEMANTULAN GELOMBANG BERJALAN

Bila gelombang berjalan menemui titik peralihan, misalnya: hubungan terbuka, hubungan singkat atau perubahan impedansi, maka sebagian gelombang itu akan dipantulkan dan sebagian lagi akan diteruskan ke bagian lain titik tersebut.

Pada titik peralihan itu sendiri, besar tegangan dan arus dapat dari 0 sampai 2x besar tegangan gelombang yang datang.

Gelombang yang datang dinamakan gelombang datang atau “incident wave”, dan kedua gelombang lain yang timbul karena titik peralihan itu dinamakan gelombang pantulan atau “reflected wave” dan gelombang terusan atau “transmitted wave”, seperti yang terlihat pada gambar 2.3[1].

Gambar 2.3 Gelombang berjalan pada perubahan impedansi

Dimana:

e1 = gelombang datang atau “incident wave”

e2 = gelombang pantulan atau “reflected wave”

e1” = gelombang terusan atau “transmitted wave”

II.3 PARAMETER KAWAT TANAH

Kawat tanah atau kawat perisai (shielding wire) adalah kawat-kawat pada saluran transmisi yang ditempatkan di atas kawat-kawat fasa. Pada awalnya kawat tanah ini dimaksudkan sebagai perlindungan terhadap sambaran induksi kilat di

e

1 e1"

e

1' z2

z

sekitar kawat transmisi, jadi sambaran kilat tidak langsung. Akan tetapi kemudian ternyata dari hasil-hasil pengalaman maupun teori, sebab utama yang menimbulkan gangguan pada saluran transmisi tegangan tinggi 70 kV atau lebih adalah sambaran kilat langsung. Jadi pada saluran transmisi tegangan tinggi 70 kV dan lebih tinggi hanya akibat dari sambaran kilat langsung yang diperhatikan. Pada saluran udara tegangan menengah sampai 34,5 kV, justru sambaran tidak langsung ini yang menyebabkan lebih banyak gangguan.

Efisiensi perlindungan bertambah tinggi bila kawat tanah semakin dekat dengan kawat fasa. Untuk sambaran langsung kawat tanah melindungi kawat fasa, dan untuk memperoleh perisaian yang baik kedudukan kawat tanah harus memenuhi beberapa persyaratan yang penting :

a. Jarak kawat tanah di atas kawat fasa diatur sedemikian rupa agar dapat mencegah sambaran langsung pada kawat-kawat fasa.

b. Pada tengah gawang (mid span) kawat tanah harus memiliki jarak yang cukup di atas kawat fasa untuk mencegah terjadinya lompatan api samping (side flashover) selama waktu yang diperlukan untuk gelombang pantulan negatif dari menara kembali ke tengah gawang, dan ini akan mengurangi tegangan pada tengah gawang.

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

d. Pada perisaian terhadap gardu induk kawat tanah harus cukup panjang sehingga surja yang masuk dapat diredam sampai harga yang tidak berbahaya sewaktu mencapai gardu induk.

Sebagaimana dikatakan di atas, pada sistem tegangan tinggi 70 kV dan lebih sambaran langsung merupakan sebab utama dari gangguan yang disebabkan oleh kilat, akan tetapi untuk tegangan sistem menengah, sampai 34,5 kV, sambaran tidak langsung adalah penyebab yang paling banyak dari gangguan.

II.4 IMPEDANSI SURJA KAWAT TANAH DAN MENARA II.4.1 Menghitung Impedansi Surja Kawat Tanah

Perhitungan impedansi surja kawat tanah dibedakan dalam dua keadaan, yaitu keadaan bila tidak ada korona dan yang kedua bila terjadi korona. Untuk SUTT biasanya digunakan rumus-rumus tanpa korona sedang intik SUTET dan SUTUT selalu dianggap terjadi korona.

1. Bila tidak terjadi korona :

Zg = 60 ln untuk satu kawat tanah (2.4)

Zg = 60 ln

√ untuk dua kawat tanah (2.5)

2. Bila terjadi korona :

Zg = 60 ln ln untuk satu kawat tanah (2.6)

Zg = untuk dua kawat tanah (2.7)

Di mana,

Z11 = impedansi surja sendiri dari satu kawat tanah, Persamaan

Z12 = impedansi surja bersama antara dua kawat tanah

= 60 ln (b11/a12)

R = radius kawat tanpa korona, meter

ht = tinggi kawat tanah pada menara untuk SUTET dan SUTUT

= tinggi rata-rata kawat tanah untuk SUTT

II.4.2 Menghitung Impedansi Surja Menara

Menurut Sargent dan Daveniza, impedansi surja menara dihitung berdasarkan penampang menara transmisi[1].

Gambar 2.4 Penampang menara transmisi

Menara jenis A :

(2.8)

Menara jenis B :

(2.9)

(

)

_

  



 ₊

=30ln 2 2 ₂ 2

r r h Z_t

(

s m

)

t Z Z

Z = +

2 1

60 90

ln

60 −

     +       =

h r r

h Zs

Dimana,

Zs = Impedansi dengan ketebalan menara

Zs = Impedansi dengan jarak antar kaki menara Zt = Impedansi total menara

r = Jarak kawat antar menara Menara jenis C :

(2.10)

II.5 IMPEDANSI SURJA ELEKTRODA PEMBUMIAN

Impedansi surja pembumian didefenisikan sebagai besarnya tegangan surja/impuls dibagi dengan arus impuls petir .

Rangkaian ekivalen satu elektroda batang dibuat dengan elemen rangkaian terkonsentrasi seperti Gambar 2.5. Model tersebut didasarkan kenyataan bahwa impedansi pentanahan tidak bersifat sebagai tahanan murni tetapi juga berperilaku sebagai induktansi dan kapasitansi. Tahanan murni lebih banyak disebabkan karena adanya sifat resistivitas tanah dimana sistem pentanahan tersebut ditanam. Induktansi lebih dipengaruhi oleh panjang konduktor yang ditanam dan sifat permeabilitas tanah. Seperti halnya sifat induktansi yang lain, maka makin panjang konduktor yang ditanam maka makin besar induktansi sistem pembumianya. Komponen kapasitor

60 90

ln

60 −

     +       = h b b h Z_m       −      

= ln 22 1

r h Z_t       = ) ( ) ( ) ( t i t v t Z

dari sistem pembumian dapat diterangkan dari konduktor yang saat ini diinjeksi arus berarti konduktor tersebut bertegangan. Beda tegangan antara konduktor dengan titik nol referensi menyebabkan sifat kapasitansi dari sistem tersebut dengan media tanah yang mempunyai permitivitas ε. Dengan demikian impedansi pembumian dapat dibuat rangkaian ekivalennya seperti Gambar 2.5.

Gambar 2.5 Rangkaian ekivalen impedansi surja pembumian

satu elektroda batang

Permitivitas tanah harganya bermacam-macam tergantung pada komposisi tanah dengan faktor-faktor yang mempengaruhi permitivitas tanah antara lain kandungan garam mineral, kandungan air, besar butiran tanah, dan suhu tanah. Pengelompokan tahanan jenis tanah dari berbagai jenis tanah pada kedalaman tertentu bergantung pada beberapa hal antara lain pengaruh temperatur, pengaruh kelembaban, pengaruh kandungan kimia dan sebagainya. Berdasarkan Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 (PUIL 2000) tahanan jenis dari bermacam-macam jenis tanah dapat dilihat dalam Tabel 2.1[2].

Tabel 2.1 Tahanan Jenis Tanah

Jenis Tanah Tahanan Jenis Tanah (Ω-m)

Tanah Rawa 30

Tanah Liat dan Tanah Ladang 100

Pasir Basah 200

Kerikil Basah 500

Pasir dan Kerikil kering 1000

Tanah Berbatu 3000

Untuk empat batang elektrode pembumian yang diparalel masing-masing elektroda mempunyai panjang l dan radius r ditanam tegak lurus pada tanah yang mempunyai resistivitas tanah ρ homogen, maka elektroda bersama tanah akan mempunyai tahanan, induktansi dan kapasitansi yang besarnya adalah[3]:

Ohm (2.11)

Henry (2.12)

Farad (2.13)

dimana:

l = panjang pengetanahan, meter. r = radius batang, meter.

                =

4 1₂ 3

. . 2 2 ln 2 r s l l R π ρ 7 3 2 1 3 10 . . 16 ln 2 − ×         = s s r l l L 9

4 1₂ 3

10 . . 2 2 ln 9 . _× −         = r s l l

s = jarak antar batang elektroda, meter.

ρ = tahanan jenis tanah, Ohm-meter.

εr = permitivitas relatif tanah.

Misalkan arus surja yang mengalir pada rangkaian seperti Gambar 2.5:

(2.14)

dengan Transformasi Laplace didapatkan :

(2.15)

V(p) =

= = (2.16) c R i i i= +

∫

i dt=i R

c c R.

1

dt di RC

i R

C = .

) 1 ( 1 ) ( ( ) ( ) RC p RC i pRC i p

i_R p p

+ = + = dt di L p Ri V_(t) = _R( )+

        +

+ _RC Lp

p C i _p ) 1 ( 1 ) (         + + + − + Lp RC p C b p a p i ) 1 ( 1 ) 1 1 (         + − + + + + − +

+ ( )( 1 ) ( )

1 ) 1 )( ( 1 b p Lp a p Lp RC p b p C RC p a p C i

V(t) =

=

= (2.17)

Ketika arus impuls diinjeksikan ke sistem pembumian, impedansi impulsnya didefenisikan sebagai perbandingan tegangan yang dibangkitkan terhadap nilai arus pada suatu titik injeksi.

Ohm.

Ω (2.18)

II.6 MENURUNKAN TAHANAN JENIS TANAH DENGAN PENABURAN GARAM PADA TANAH (KIMIAWI)

Garam-garam tersebut adalah seperti; CuSO4, MgSO4, NaCl atau

CaCl2[4]. Garam tersebut dikombinasikan dengan kelembaban, garam akan

bercampur ke dalam tanah untuk mengurangi tahanan jenis tanah.. Salah satu dari metode yang diajukan adalah menuangkan air ke dalam tabung elektroda yang berisi garam, tabung tersebut terbuat dari tembaga atau kuningan yang memilki lubang di kedua sisinya. Jenis elektroda ini dinamakan elektroda pembumian kimiawi (chemical earth electrode), seperti yang terdapat pada Gambar 2.6.

              − − − + − − − − − − − − − − − a b ae be a b L b RC C e e a RC C e e i at bt RC t bt RC t at ) ( ) 1 ( ) 1 (       − + − − − − − − − − − − − ) ( 1 ) ( 1 )

( at tRC bt tRC _{bt at}

ae be L bRC e e R aRC e e R             − + − − − + − + − − − − − − − − ) ( ) 1 )( 1 ( ) ( ) ( )

( 2 2

t bt RC t at bt bt at ae be L bRC aRC a b Ce R be ae C R e e R α ) ( ) ( ) ( t i t V t Z =               − − + − − − − + − + − − = − − − − − − − − − bt at at bt bt at RC t at bt e e ae be L e e bRC aRC a b e be ae C R bRC aRC R t Z ) ( ) )( 1 )( 1 ( ) .( ) ( ) 1 )( 1 ( ) ( 2

BAB III

DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR

PADA TIAP MENARA TRANSMISI

III.1 UMUM

Ketika petir menyambar kawat tanah, maka gelombang tegangan surja petir akan merambat ke kiri dan ke kanan dari titik sambaran. Gelombang tegangan surja tersebut merambat melalui kawat tanah dan akan menerpa menara menara transmisi. Oleh karena perbedaan besar impedansi kawat tanah dan tahanan kaki menara, maka akan timbul pantulan tegangan dari kaki menara ke puncak menara. Dan oleh karena perbedaan besar impedansi surja menara dengan besar impedansi surja kawat tanah, maka akan timbul pantulan tegangan dari puncak menara ke kaki menara. Dengan kata lain akan timbul pantulan pantulan tegangan pada menara yang mengakibatkan naiknya tegangan surja petir pada isolator menara. Besar tegangan yang dipikul oleh menara adalah tidak sama, bergantung pada titik sambaran, Impedansi surja menara, dan tahanan kaki menara[5].

III.2 Distribusi Arus Surja Pada Terminal Bercabang Dua

Untuk menghitung distribusi arus puncak pada menara, perlu dilakukan analisa rangkaian impedansi surja bercabang dua, yang dapat diturunkan dengan analisis berikut ini.

Seperti teori gelombang berjalan yang telah dibahas sebelumnya, yang menyatakan bahwa gelombang akan terbagi jika menjumpai perubahan impedansi.

Untuk analisis ini, maka gelombang juga akan terbagi setelah menjumpai titik percabangan antara kawat tanah dan menara. Sambaran petir terjadi di tengah gawang antar menara seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1[6].

Gambar 3.1 Rangkaian titik cabang kawat tanah dan menara Dimana ;

Vs = Tegangan surja pada kawat tanah

Vr = Tegangan surja pantulan dari titik percabangan

Vg = Tegangan surja terusan ke kawat tanah berikutnya

Vt = Tegangan surja terusan ke menara dari titik percabangan

Is = Arus surja pada kawat tanah

Ir = Arus surja pantulan dari titik percabangan

Ig = Arus surja terusan ke kawat tanah berikutnya dari titik percabangan

It = Arus surja terusan ke menara dari titik percabangan

Zg = Impedansi surja kawat tanah

Zt =Impedansi surja menara

Dari gambar diatas dapat dinyatakan persamaan

r s g

t V V V

V = = + (i)

r s g

t

I

I

I

Dimana t t t Z V

I = ,

g g g Z V I = g s s Z V

I = ,

g r r

Z V I = −

Dengan mensubstitusi nilai It , Ig , Is,dan Ir maka persamaan (ii ) menjadi

g r g s g g t t Z V Z V Z V Z V − = +

Dengan membagi persamaan (i) dengan Zg maka persamaan (i) menjadi

g r g s g t Z V Z V Z V + =

Dengan menjumlahkan kedua persamaan diatas maka :

g s g g t t Z V Z V Z

V 2 2

=

+ oleh karena Vt=Vg, maka :

g s g t t g t Z V Z Z Z Z

V 2 _ = 2

      ₊

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa,

s t g t t g V Z Z Z V

V _

      + = = 2 2 (3.1)

Dari Persamaan diatas, Maka dapat diturunkan persamaan arus yang terdistribusi ke menara dan kawat tanah berikutnya yang dapat diturunkan sebagai berikut. s t g t g V Z Z Z

V _

      + = 2 2

g s t g t g

g I Z

Z Z

Z Z

I _

      + = 2 2 s s t g t

g I fI

Z Z

Z

I _ =

      + = 2 2 Dimana t g t Z Z Z f 2 2 +

= (3.2)

Untuk distribusi Arus ke menara

s t g t t V Z Z Z

V _

      + = 2 2 g s t g t t

t I Z

Z Z

Z Z

I _

      + = 2 2 s s t g g

t I hI

Z Z

Z

I _ =

      + = 2 2

Dimana _

      + = t g g Z Z Z h 2 2 (3.3)

Dari persamaan (i) dapat diturunkan arus pantulan ke kawat tanah sebelumnya

s g

r V V

V = −

s t g s t r V Z Z V Z V − + = 2 2 s t g t g s t g t r V Z Z Z Z V Z Z Z V 2 2 2 2 + + − + = s t g g r V Z Z Z V 2 + − = g s t g g g

r I Z

Z Z Z Z I 2 + − =

Maka besar arus pantulan ke kawat tanah sebelumnya adalah

s s t g

g

r I gI

Z Z

Z

I =

+ − =

2

t g

g Z Z

Z g

2

+ −

= (3.4)

III.3 Distribusi Arus Surja Pada Menara Transmisi

Untuk Menentukan Distribusi Arus Puncak Pada Tiap Menara, Diperlukan langkah-langkah sebagai berikut[7].

1. Menentukan Impedansi Surja Kawat Tanah 2. Menentukan Impedansi Surja Menara

3. Menentukan Efek Peredaman (damping effect) Pada Kawat Tanah

   

 

      −

= x

Z R

0

2 1 exp µ

(3.5) 4. Menentukan Koefisien terusan h dan f

5. Menentukan Distribusi arus pada tiap menara

Ketika Sambaran petir menyambar kawat tanah dengan arus surja petir Ia,

maka gelombang surja akan merambat ke kiri dan ke kanan titik sambaran, Oleh karena menyambar kawat tanah yang mempunyai impedansi surja yang sama besar, maka gelombang terbagi dua sama besar (dalam hal ini ditinjau rambatan gelombang ke kanan).

Rambatan gelombang tersebut akan menemui titik percabangan impedansi surja yaitu impedansi surja kawat tanah berikutnya dan impedansi surja menara

transmisi. Sesuai dengan sifat gelombang surja yaitu akan pecah apabila menemui perbedaan impedansi, maka gelombang tersebut akan pecah setelah menemui titik percabangan impedansi. Gelombang tersebut akan ada yang diteruskan ke kawat tanah selanjutnya, ke menara dan dipantulkan ke kawat tanah sebelumnya seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 3.2.

Pada titik cabang besar arus surja yang terdistribusi ke kawat menara 1 adalah

s I

h₁ dan yang terdistribusi ke kawat tanah selanjutnya adalah f₁I_s . Oleh karena kawat tanah yang cukup panjang, maka gelombang surja yang mengalir akan teredam dengan faktor µ1. Sehingga gelombang surja yang sampai pada ujung kawat

tanah tersebut akan berubah sebesar

µ

₁f₁I_s. Gelombang sebesar

µ

₁f₁I_sini akan terdistribusi juga ke menara 2, kawat tanah selanjutnya, dan dipantulkan ke kawat tanah sebelumnya sepertlihalnya pada menara 1. Besar gelombang yang terdistribusi ke menara 2 adalah h2

µ

1f1Is dan yang terdistribusi ke kawat tanah berikutnya

adalah

µ

1f1f2Is. Setelah gelombang teredam, maka gelombang tersebut menjadi s

I f f1 2 2 1

µ

µ

. Pada titik cabang maka menara 3 akan memikul gelombang surja sebesar h3

µ

1

µ

2 f1f2Is. Peristiwa yang sama akan dialami oleh menara menara

berikutnya hingga didapat bahwa untuk menara ke n diperoleh:

S

a

I

I

=

2

s T

h

I

I

=

₁ s

I

f₁

µ

₁

f

₁

I

_s

s T

h

f

I

I

=

₂

µ

_{1 1}

s

I

f

f

_{1 2}

1

µ

s

I

f

f

_{1 2}

2 1 s

I

f

f

f

_{1 2 3}

3 2 1

s

T

h

f

f

I

I

=

₃

µ

₁

µ

_{2 1 2}

s

I

f

f

f

f

_{1 2 3 4}

3 2 1

µ

µ

µ

s n n n

n

)(

f

f

f

....

f

f

)

I

....

(

µ

₁

µ

₂

µ

₃

µ

₋₁

µ

_{1 2 3 −1}

s T I f f f h I 3 2 1 3 2 1 4µ µ µ

=

1

µ

µ

₂

3

µ

µ

n−1

s n n n n n T

I

f

f

f

f

f

h

I

)

....

(

)

....

(

1 3 2 1 1 3 2 1 − −

=

µ

µ

µ

µ

µ

s I s

I

f

f

f

_{1 2 3}

2 1

µ

µ

Berikut tabel besarnya arus yang di pikul oleh tiap-tiap menara.

Tabel. 3.1 Distribusi Arus Puncak Pada Tiap Menara Transmisi[7]. Menara Arus Puncak Surja Pikulan Menara (I_T )

1 1₂h1Ia

2 1₂h2

µ

1f1Ia

3 1₂h3

µ

1

µ

2f1f2Ia

4 h_{4 1 2 3}f₁f₂ f₃I_a

2

1

µ

µ

µ

n 1₂hn(

µ

1

µ

2...

µ

n−1

µ

n)( f1f2...fn−1fn)Ia

Dimana,

In = Arus Surja pada menara ke-n

h = Faktor terusan gelombang ke menara

µ = Faktor peredaman gelombang pada kawat tanah Is = Arus surja pada kawat tanah titik sambaran

Ia = Arus surja petir yang menyambar

III.4 Menentukan Tegangan Pada Isolator Menara

Langkah-langkah perhitungan tegangan isolator menara adalah sebagai berikut[8]:

2. Menghitung Koefisien Terusan a pada Puncak Menara untuk Gelombang yang Datang dari Dasar Menara.

Koefisien terusan a dihitung dari persamaan :

t g

g Z Z

Z a

2 2

+

= (3.7)

3. Menghitung Koefisien Pantulan b pada Puncak Menara untuk Gelombang yang Datang dari Dasar Menara.

Koefisien pantulan adalah : 1

− =a

b (3.8)

4. Menghitung Tegangan Puncak Pada Menara. Tegangan pada puncak menara adalah :

kV I Z

e₀ = _{t n} (3.9)

dimana :

n

I = arus surja petir yang menerpa menara ke n, kA 5. Menentukan Tahanan Kaki Menara

6. Menghitung Koefisien Pantulan d pada Dasar Menara untuk Gelombang yang Datang dari Puncak Menara.

Koefisien pantulan d dihitung dari :

t t

Z R

Z R d

+ −

= (3.10)

dimana:

R = Tahanan Kaki Menara Zt = Impedansi Surja Menara

Diagram tangga pada menara untuk menentukan tegangan pada isolator menara dapat dilihat pada Gambar 3.3[9].

Dimana :

ta = waktu yang dibutuhkan gelombang dari puncak menara untuk sampai ke isolator

menara ataupun sebaliknya

tb = waktu yang dibutuhkan gelombang dari isolator untuk sampai ke kaki menara

ataupun sebaliknya tp = panjang gelombang surja

Tegangan isolator menara dihitung berdasarkan pada Persamaan 3.11 yang diperoleh dari diagram tangga Gambar 3.3

.... ... ... ... + } e -{e e d b + } e -{e e d b + } e -{e e d b + } e -{e e d b + } e -) {e e d b + } e -{e e d b + )} e -{e e d b + } e -{e e d + } e -{e e = Vi )) 6t + (8t -b(t -)) 6t + (8t -a(t -0 4 4 )) 6t + (8t -b(t -)) 6t + (8t -a(t -0 4 3 )) 6t + (6t -b(t -)) 6t + (6t -a(t -0 3 3 )) 4t + (6t -b(t -)) 4t + (6t -a(t -0 3 2 )) 4t + (4t -b(t -) 4t + (4t -a(t -0 2 2 )) 2t + (4t -b(t -)) 2t + (4t -a(t -0 2 ) 2t + (2t -b(t -)) 2t + (2t -a(t -0 2tb) --b(t ) 2 -a(t 0 -b(t1) ) -a(t 0 a b 9 a b 9 a b 8 a b 8 a b 7 a b 7 a b 6 a b 6 a b 5 a b 5 a b 4 a b 4 a b 3 b b 3 2 2

1 − tb

(3.11)

Karena b biasanya cukup kecil, maka suku-suku yang mengandung b3 dan lebih tinggi dapat diabaikan. Jadi Persamaan (3.11) setelah diatur menjadi :

} e -{e e d b + } e -) {e e d b + } e -{e e d b + )} e -{e e d b + } e -{e e d + } e -{e e = Vi )) 4t + (6t -b(t -)) 4t + (6t -a(t -0 3 2 )) 4t + (4t -b(t -) 4t + (4t -a(t -0 2 2 )) 2t + (4t -b(t -)) 2t + (4t -a(t -0 2 ) 2t + (2t -b(t -)) 2t + (2t -a(t -0 2tb) --b(t ) 2 -a(t 0 ) -b(t ) -a(t 0 a b 6 a b 6 a b 5 a b 5 a b 4 a b 4 a b 3 b b 3 2 2 1

1 − tb

BAB IV

PENGARUH IMPEDANSI PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI

TERHADAP DISTRIBUSI TEGANGAN SURJA PETIR PADA

TIAP MENARA TRANSMISI

IV.1 UMUM

Salah satu cara memperkecil impedansi surja pembumian adalah dengan memperpanjang batang elektroda pembumian atau menambah jarak pemisah antar elektroda pembumian.

Berikut ini akan dipaparkan pengaruh impedansi surja pembumian pada suatu menara, yaitu Menara no.70 s/d Menara no. 80 transmisi 150 kV saluran Titi Kuning-Berastagi.

Data teknis dari menara tersebut adalah sebagai berikut: 1. Kawat Tanah

Jenis : ACSR Jumlah : 2 buah Diameter : 12,5 mm

2. Jenis Menara

Tabel 4.1. Konstruksi Tiap Menara

Menara Jenis Menara Tinggi

menara(m)

Antara

Menara Jarak (m)

70 Bb-3 28,2 69-70 235,5

71 Cc-3 28,2 70-71 495,4

72 Bb-3 28,2 71-72 507,7

73 Dd+0 31,2 72 -73 333,7

75 Cc-3 28,2 75-76 337

76 Dd+9 40,2 76-77 345,5

77 Dd+0 31,2 77-78 370,4

78 Aa+0 32,8 78-79 369,6

79 Cc+3 34,2 79-80 355,1

80 Aa+3 35,8 80-81 413,4

Gambar konstruksi Menara lengkap beserta ukuran – ukurannya diberikan pada lampiran.

3. Tahanan Kaki Menara

Menara 70 : 19,8 Ω Menara 76 : 63,5 Ω

Menara 71 : 32,8 Ω Menara 77 : 28,0 Ω

Menara 72 : 19,0 Ω Menara 78 : 44,0 Ω

Menara 73 : 35,5 Ω Menara 79 : 26,0 Ω

Menara 74 : 29,3 Ω Menara 80 : 22,3 Ω

Menara 75 : 29,3 Ω

4. Panjang kawat tanah

Menara 70-71 : 495,4 m Menara 71-72 : 507,7 m Menara 72-73 : 333,7 m Menara 73-74 : 475,5 m Menara 74-75 : 451,3 m Menara 75-76 : 337,0 m Menara 76-77 : 345,5 m Menara 77-78 : 370,4 m Menara 78-79 : 369,6 m Menara 79-80 : 355,1 m 5. Elektroda Pembumian

Konduktor Pembumian: Cu (Tembaga) Diameter: 30 mm

Panjang Elektroda:

Menara 70 :1,539 m Menara 76 :1,239 m Menara 71 :2,363 m Menara 77 :1,319 m Menara 72 :2,363 m Menara 78 : 2,363 m Menara 73 :1,379 m Menara 79 :1,36 m Menara 74 :1,539 m Menara 80 :1,799 m Menara 75 :1,239 m

IV.2 Perhitungan Impedansi Surja Elektroda Pembumian Menara

Untuk menghitung impedansi surja pembumian menara pertama sekali dihitung resistansi, kapasitansi dan induktansi elektroda pembumian dengan menggunakan Persamaan 2.11, 2.12, dan 2.13.

Dengan jenis tanahnya adalah jenis Tanah Liat dan Tanah Ladang tahanan jenis tanahnya 100 Ωm dan permitivitas relatif tanah 10, untuk satu elektroda batang pembumian pada masing – masing kaki menara.

Tabel 4.2 Resistansi, Induktansi, Kapasitansi surja pembumian menara

Menara R (ohm) L (µH) C (nF) Z (ohm)

70 5.9023 0.0312 2.9976 6.6199 71 6.7337 0.1999 2.6275 7.2309 72 6.337 0.1999 2.6275 6.8630 73 5.3196 0.0053 3.326 6.2738 74 5.9023 0.0312 2.9976 6.6199 75 4.5448 -0.0152 3.893 5.9842

76 5.0245 -0.0038 3.5213 6.1356 77 6.7337 0.1999 2.6275 7.2309 78 5.8025 0.0256 3.0492 6.5549 79 5.2315 0.0024 3.382 6.2295 80 6.431 0.0786 2.7512 6.9952

Setelah diperoleh nilai R, L dan C selanjutnya dihitung impedansi surja pembumian menara dengan bentuk gelombang surja 1,2/50 s. Dengan menggunakan Persamaan 2.18 dipeloleh impedansi surja pembumian menara sebagai fungsi waktu seperti ditunjukkan pada Tabel 4.1 dengan a = 1,426 x 104 /s dan b = 4,877 x 106 /s.

Tabel 4.3 Impedansi surja pembumian menara sebagai fungsi waktu

Menara

Z(t) t (1,2

µdet)

t (50 µdet)

70 5.90216 5.903345 71 6.733539 6.732549 72 6.336866 6.335654 73 5.319474 5.320867 74 5.90216 5.903345 75 4.544692 4.546164 76 5.024381 5.025822 77 6.733539 6.732549 78 5.802362 5.803599 79 5.231376 5.232786 80 6.430847 6.431502

IV.2.3.Perhitungan Impedansi Surja Pembumian Menara untuk Berbagai Panjang Elektroda Pembumian

Sama seperti perhitungan diatas, berikut ini akan dihitung impedansi surja pembumian dengan menambah panjang elektroda pembumian dari 1,5 meter menjadi 4, 8 dan 12 meter seperti ditunjukkan pada Tabel 4.4 dengan jarak pemisah

antar elektroda pembumian adalah 6 meter dan koefisien yang berhubungan dengan tanah dianggap tetap dan ditampilkan kurva masing-masing impedansi surja.

Tabel 4.4 Impedansi surja pembumian menara dengan berbagai panjang elektroda

IV.2.4. Perhitungan Impedansi Surja Pembumian Menara untuk Berbagai Jarak Pemisah antar Elektroda Pembumian

Berikut ini akan dihitung impedansi surja pembumian dengan menambah jarak pemisah antar elektroda pembumian dari 6 meter menjadi 7, 8, dan 9 meter seperti ditunjukkan pada Tabel 4.5 dengan koefisien yang berhubungan dengan tanah dianggap tetap dan ditampilkan kurva masing-masing impedansi surja.

Menara

Z(t)

l (1,5 m) l (4 m) l (8 m) l (12 m)

t (1,2 µs) t (50 µs) t (1,2 µs) t (50 µs) t (1,2 µs) t (50 µs) t (1,2 µs) t (50 µs)

70 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 71 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 72 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 73 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 74 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 75 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 76 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 77 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 78 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 79 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376 80 5.783158 5.781248 6.073147 6.115002 4.416178 4.422888 3.482189 3.455376

Tabel 4.5 Impedansi surja pembumian menara untuk berbagai jarak pemisah antar elektroda pembumian

Menara

Z(t)

s (6 m) s (7 m) s (8 m) s (9 m)

t (1,2 µs) t (50 µs) t (1,2 µs) t (50 µs) t (1,2 µs) t (50 µs) t (1,2 µs) t (50 µs)

70 5.902197 5.903381 5.15186 4.707544 4.017511 3.671663 3.016945 2.757951 71 6.73324 6.732315 6.510993 5.947415 5.765896 5.267504 5.108674 4.667779 72 6.7328 6.731684 6.53094 5.965475 5.803539 5.301754 5.161926 4.716311 73 5.296716 5.298113 4.331759 3.958517 3.06119 2.798107 1.940468 1.774552 74 5.902197 5.903381 5.15186 4.707544 4.017511 3.671663 3.016945 2.757951 75 4.617305 4.618774 3.442478 3.146175 2.045868 1.870553 0.81397 0.745374 76 5.099296 5.100727 4.070862 3.720202 2.761507 2.524338 1.606574 1.46951 77 6.730885 6.730102 6.492334 5.930489 5.733307 5.237833 5.063789 4.626867 78 5.902196 5.903381 5.15186 4.707544 4.017511 3.671663 3.016945 2.757951 79 5.183034 5.184452 4.181231 3.82102 2.888074 2.639961 1.747428 1.598193 80 6.432171 6.432823 5.921922 5.410595 4.952054 4.525101 4.09657 3.74404

IV.3 Perhitungan Impedansi Surja Kawat Tanah

Menurut persamaan 2.5 ,Impedansi surja kawat tanah dapat dihitung dengan formula:

    

   =

r a

h

Z t

g

12

2 ln 60

Dimana radius kawat tanah (r) = 12,5 mm

Oleh nilai ht bergantung pada tinggi menara, maka impedansi surja menara

Tabel 4.6.Hasil Perhitungan impedansi surja kawat tanah

Menara ht (m) a12 (m) x (m) Zg (ohm)

70 28,2 6,2 235,5 318.6725

71 28,2 7,1 495,4 314.6061

72 28,2 6,2 507,7 318.6725

73 31,2 6,6 333,7 322.8626

74 31,2 6,6 451,3 322.8626

75 28,2 7,1 337 314.6061

76 40,2 6,6 345,5 338.0696

77 31,2 6,6 370,4 322.8626

78 32,8 5,5 369,6 331.3329

79 34,2 7,1 355,1 326.1803

80 35,8 5,5 413,4 336.5841

IV.3.1 Perhitungan Impedansi Surja Menara

Dari Persamaan 2.18, jika tahanan pembumiannya diketahui maka rumus impedansi surja menara menjadi:

+ !"#$ %$& Hasil Perhitungan impedansi surja menara adalah sebagai berikut.

Tabel 4.7. Hasil Perhitungan Impedansi Surja Menara

Menara h (m) 2r ( m) Zt (Ω)

70 28,2 6,9 153.6949

71 28,2 6,9 154.3059

72 28,2 6,9 153.938

73 31,2 7,3 156.0143

74 31,2 7,3 156.3604

75 28,2 7,3 149.7045

76 40,2 8,2 164.0584

77 31,2 7,3 156.3604

78 32,8 7,3 159.2766

79 34,2 7,7 158.2626

80 35,8 7,7 161.7551

(

)

_

  



 ₊

=30ln 2 2 ₂ 2 r

r h Z_t

IV.3.2 Perhitungan efek peredaman

Menurut Persamaan 3.5, efek peredaman dihitung dengan

    

  

        −

= x

Z R

g

2 1 exp µ

Oleh karena pada saluran transmisi dilindungi oleh dua kawat tanah maka resistansi total kawat tanah adalah 0,5 dari resistansi kawat tanah. Untuk resistansi kawat tanah sebesar

A l R

2

ρ

=

Maka untuk 2 kawat tanah, maka resistansi total kawat tanah adalah

A l R_t =0,5

ρ

Dimana ρ =2,63x10−8ohmmeter

Tabel 4.8 Hasil Perhitungan Efek Peredaman

Menara Zg (Ω) x (m) µ

70 318.6725 235,5 0,9999 71 314.6061 495,4 0,9998 72 318.6725 507,7 0,9998 73 322.8626 333,7 0,9998 74 322.8626 451,3 0,9998

75 314.6061 337 0,9998

76 338.0696 345,5 0,9998 77 322.8626 370,4 0,9998 78 331.3329 369,6 0,9998 79 326.1803 355,1 0,9998 80 336.5841 413,4 0,9998

IV.3.3 Perhitungan koefisien h dan f

Menurut Persamaan (3.3) dan (3.4) nilai koefisien h dan f ditentukan dengan persamaan

t g

t

Z Z

Z f

2 2

+

= dan _

  

  

+ =

t g

g Z Z

Z h

2 2

Oleh karena Impedansi surja kawat tanah dan menara berbeda, maka koefisien h dan f berbeda juga di tiap menara.

Tabel 4.9 koefisien f dan h

Menara f h

70 0.4910 1.0180 71 0.4952 1.0096 72 0.4914 1.0172 73 0.4915 1.0171 74 0.4920 1.0160 75 0.4876 1.0248 76 0.4925 1.0149 77 0.4930 1.0140 78 0.4902 1.0197 79 0.4925 1.0150 80 0.4901 1.0198

IV.3.4 Perhitungan Distribusi Arus dan Tegangan Surja Pada Tiap Menara

Seperti yang telah dipaparkan pada bab III, perhitungan distribusi tegangan surja petir dapat ditentukan dengan formula yang dipaparkan pada tabel 3.1. dimana arus puncak petir adalah 60 kA

Dimana ;

In = Arus Pada Menara ke n dari titik sambaran

Ia = Arus Kilat

Maka dapat dihitung besar tegangan puncak pada tiap menara, dimana

n tI Z e0 =

Tabel 4.10. Hasil Perhitungan distribusi arus dan tegangan pada tiap menara

IV.4 Perhitungan Tegangan Isolator

Cara menghitungan tegangan pada isolator telah dijelaskan pada subbab 3.4 Berikut hasil perhitungannya untuk arus puncak petir = 60 kA.

Tabel 4.11 Hasil Perhitungan Parameter -parameter Menara

Menara _{a b R d}

70 1.0180 0.0180 25.7023 -0.7135 71 1.0096 0.0096 39.5337 -0.5921 72 1.0172 0.0172 25.3370 -0.7173 73 1.0171 0.0171 40.8196 -0.5852 74 1.0160 0.0160 35.2023 -0.6325

Menara In (kA) e0 (kV)

70 30.5407 4693.9413 71 14.8699 2294.5068 72 7.4175 1141.8288 73 3.6435 568.4370 74 1.7884 279.6274 75 0.8873 132.8397 76 0.4285 70.2931 77 0.2108 33.0888 78 0.1045 16.6413 79 0.0510 8.0666 80 0.0252 4.0787

75 1.0248 0.0248 33.8448 -0.6312 76 1.0149 0.0149 68.5245 -0.4108 77 1.0140 0.0140 34.7337 -0.6376 78 1.0197 0.0197 49.8025 -0.5236 79 1.0150 0.0150 31.2315 -0.6704 80 1.0198 0.0198 28.7310 -0.6983

Untuk menganalisa tegangan pada lengan tiap menara, yang pertama kali yang harus dilakukan adalah menentukan ta dan tb dimana

ta = waktu yang dibutuhkan gelombang dari puncak menara untuk sampai ke

isolator menara ataupun sebaliknya

tb = waktu yang dibutuhkan gelombang dari isolator untuk sampai ke kaki menara

ataupun sebaliknya

perhitungan dianalisa menara per menara, hal ini disebabkan oleh karena konstruksi menara yang berbeda beda

c

x

t i

a =

dan c

x x

t i

b − =

Dimana

c = kecepatan rambat gelombang (dalam hal ini 3 x 108 m/s) xi = Jarak puncak menara dengan isolator paling tinggi

Tabel 4.12. Hasil Perhitungan ta dan tb pada tiap menara

Menara _{x (m)} Xi(m) ta (µs) tb (µs)

70 28.2 4 0.0133 0.0807

71 28.2 4 0.0133 0.0807

72 28.2 4 0.0133 0.0807

73 31.2 4 0.0133 0.0907

74 31.2 4 0.0133 0.0907

75 28.2 4 0.0133 0.0807

76 40.2 4 0.0133 0.1207

77 31.2 4 0.0133 0.0907

78 32.8 2.8 0.0093 0.1000

79 34.2 4 0.0133 0.1007

80 35.8 2.8 0.0093 0.1100

Dengan Persamaan 3.12 diperoleh tegangan lengan menara

Vi= e0       + + + + + } e -{e d b } e -{e d b } e -{e bd } e -bd{e } e -d{e } e -{e 0,60) -(t6 -0,60) -(t6 -3 2 0,50) -(t5 -0,50) -(t5 -2 2 0,40) -(t4 -0,40) -(t4 -2 0,30) -(t3 -0,30) -(t3 -0,20) -(t2 -0,20) -(t2 -(t1) -(t1) -b a b a b a b a b a b a

Tabel 4.13 Tegangan Isolator menara

t (µs) Vi (kV)

Menara 70

Menara 71

Menara 72

Menara 73

Menara 74

Menara 75

Menara 76

Menara 77

Menara 78

Menara 79

Menara 80

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.1 1804.9986 882.3250 439.0765 218.5856 107.5273 51.0819 27.0304 12.7239 6.3992 3.1019 1.5684 0.2 2618.7593 1284.3436 508.7412 314.9587 155.1240 74.4104 38.2550 18.4312 9.1678 4.4474 2.2402 0.3 894.3948 455.3428 221.5604 105.4536 53.0908 24.0389 12.7601 6.5368 3.1312 1.4873 0.7844 0.4 670.9623 348.2994 169.0364 77.7885 39.7451 17.4257 9.2814 4.9878 2.3314 1.0928 0.5915 0.5 540.1033 285.4596 137.2183 61.5705 31.9225 13.5535 7.2368 4.0778 1.8620 0.8614 0.4782 0.6 459.6500 246.7603 117.6205 51.6033 27.1133 11.1746 5.9806 3.5173 1.5735 0.7192 0.4085 0.7 410.0854 222.8879 105.5344 45.4661 24.1506 9.7104 5.2073 3.1716 1.3958 0.6316 0.3656 0.8 379.4754 208.1249 98.0639 41.6790 22.3211 8.8076 4.7304 2.9579 1.2861 0.5776 0.3391 0.9 360.5003 198.9574 93.4288 39.3343 21.1872 8.2492 4.4354 2.8252 1.2182 0.5441 0.3226 1 348.6680 193.2264 90.5351 37.8751 20.4804 7.9024 4.2521 2.7423 1.1758 0.5233 0.3124 1.1 341.2215 189.6060 88.7109 36.9596 20.0357 7.6854 4.1374 2.6899 1.1492 0.5103 0.3059 1.2 336.4680 187.2817 87.5436 36.3779 19.7520 7.5481 4.0648 2.6563 1.1323 0.5020 0.3018 1.3 333.3684 185.7536 86.7797 36.0013 19.5672 7.4597 4.0180 2.6343 1.1213 0.4967 0.2991 1.4 331.2845 184.7144 86.2635 35.7505 19.4432 7.4015 3.9872 2.6193 1.1139 0.4931 0.2972 1.5 329.8245 183.9756 85.8996 35.5771 19.3564 7.3617 3.9660 2.6087 1.1088 0.4907 0.2960 1.6 328.7479 183.4215 85.6292 35.4512 19.2926 7.3332 3.9509 2.6007 1.1050 0.4889 0.2950 1.7 327.9070 182.9808 85.4163 35.3545 19.2429 7.3118 3.9394 2.5944 1.1021 0.4875 0.2943 1.8 327.2110 182.6099 85.2388 35.2758 19.2017 7.2946 3.9303 2.5891 1.0997 0.4864 0.2936 1.9 326.6043 182.2821 85.0831 35.2081 19.1659 7.2800 3.9225 2.5845 1.0976 0.4855 0.2931 2 326.0526 181.9808 84.9408 35.1473 19.1335 7.2671 3.0801 2.5809 1.0958 0.4847 0.2926

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

50 164.3760 91.7490 42.8232 21.8339 11.5039 3.6631 1.9737 1.3008 0.5524 0.2443 0.1475

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

200 19.3590 10.8055 5.0434 2.0867 1.1360 0.4314 0.2324 0.1532 0.0651 0.0288 0.0174 200.1 19.3314 10.7901 5.0362 2.0837 1.1344 0.4308 0.2321 0.1530 0.0650 0.0287 0.0173 200.2 19.3038 10.7747 5.0290 2.0808 1.1328 0.4302 0.2318 0.1528 0.0649 0.0287 0.0173 200.3 19.2763 10.7594 5.0219 2.0778 1.1312 0.4296 0.2315 0.1525 0.0648 0.0287 0.0173 200.4 19.2489 10.7441 5.0147 2.0748 1.1296 0.4290 0.2311 0.1523 0.0647 0.0286 0.0173 200.5 19.2214 10.7288 5.0076 2.0719 1.1279 0.4283 0.2308 0.1521 0.0646 0.0286 0.0173 200.6 19.1941 10.7135 5.0004 2.0689 1.1263 0.4277 0.2305 0.1519 0.0645 0.0285 0.0172 200.7 19.1667 10.6982 4.9933 2.0660 1.1247 0.4271 0.2301 0.1517 0.0644 0.0285 0.0172 200.8 19.1394 10.6830 4.9862 2.0630 1.1231 0.4265 0.2298 0.1515 0.0643 0.0284 0.0172 200.9 19.1121 10.6677 4.9791 2.0601 1.1215 0.4259 0.2295 0.1512 0.0642 0.0284 0.0172 201 19.0849 10.6525 4.9720 2.0571 1.1199 0.4253 0.2292 0.1510 0.0641 0.0284 0.0171

IV.4.1. Perhitungan Tegangan Isolator Menara untuk Berbagai Panjang Elektroda Pembumian

Pada Tabel 4.14 ditunjukkan hasil perhitungan tegangan isolator menara untuk impedansi surja pembumian berbagai panjang elektroda pembumian dalam Tabel 4.5 dan ditampilkan kurva masing-masing tegangan isolator menara.

Tabel 4.14 Tegangan isolator menara untuk berbagai panjang elektroda pembumian

t (µs)

Vi (kV)

Menara 70 Menara 71 Menara 72

l (1,5

m) l (4 m) l (8 m)

l (12 m)

l (1,5

m) l (4 m) l (8 m)

l (12 m)

l (1,5 m)

l (4 m)

l (8 m)

l (12 m)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.1 1799.98 1801.73 1791.73 1786.05 875.69 877.38 867.70 862.23 434.21 435.47 428.28 424.23 0.2 2619.89 2632.57 2648.26 2678.62 1275.30 1282.68 1283.13 1293.66 632.00 636.28 633.02 636.24 0.3 899.33 930.04 945.24 1000.69 438.16 453.61 458.51 483.97 216.95 224.79 225.94 237.69 0.4 672.12 698.46 677.21 697.75 327.73 340.94 328.71 337.65 162.14 168.82 161.87 165.73 0.5 538.43 561.11 513.71 507.76 262.77 274.12 249.53 245.86 129.89 135.62 122.79 120.61 0.6 456.10 476.23 411.66 387.88 222.76 232.83 200.10 187.93 110.03 115.10 98.40 92.13 0.7 405.34 423.80 348.33 313.10 198.09 207.33 169.43 151.79 97.78 102.43 83.26 74.37 0.8 373.98 391.38 309.13 266.69 182.85 191.55 150.44 129.37 90.21 94.59 73.89 63.35 0.9 354.54 371.26 284.86 237.96 173.41 181.76 138.68 115.48 85.53 89.73 68.09 56.52 1 342.42 358.72 269.79 220.16 167.52 175.66 131.38 106.87 82.60 86.70 64.49 52.29 1.1 334.80 350.83 260.39 209.10 163.82 171.82 126.83 101.53 80.77 84.79 62.24 49.67 1.2 329.95 345.80 254.49 202.20 161.46 169.37 123.97 98.19 79.59 83.58 60.83 48.03 1.3 326.79 342.52 250.72 197.86 159.92 167.78 122.15 96.09 78.83 82.79 59.93 47.00 1.4 324.67 340.32 248.28 195.08 158.89 166.70 120.96 94.75 78.32 82.26 59.35 46.34 1.5 323.20 338.79 246.64 193.27 158.17 165.96 120.17 93.88 77.97 81.88 58.96 45.91 1.6 322.11 337.66 245.50 192.06 157.64 165.41 119.61 93.29 77.70 81.61 58.68 45.62 1.7 321.27 336.78 244.67 191.21 157.23 164.98 119.21 92.88 77.50 81.40 58.48 45.42 1.8 320.58 336.06 244.02 190.58 156.89 164.63 118.90 92.57 77.33 81.23 58.33 45.27 1.9 319.98 335.43 243.49 190.09 157.03 164.32 118.64 92.33 77.19 81.07 58.20 45.15 2 319.43 334.86 243.03 189.69 156.33 164.04 118.41 92.14 77.06 80.94 58.09 45.05

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

50 161.036 168.815 122.484 95.561 78.813 82.698 59.679 46.418 38.847 40.802 29.278 22.698

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

200 18.966 19.882 14.425 11.254 9.282 9.740 7.029 5.467 4.575 4.805 3.448 2.673 200.1 18.939 19.853 14.405 11.238 9.269 9.726 7.019 5.459 4.569 4.799 3.443 2.669 200.2 18.912 19.825 14.384 11.222 9.256 9.712 7.009 5.451 4.562 4.792 3.438 2.666 200.3 18.885 19.797 14.364 11.206 9.242 9.698 6.999 5.443 4.556 4.785 3.433 2.662 200.4 18.858 19.769 14.343 11.190 9.229 9.684 6.989 5.436 4.549 4.778 3.428 2.658 200.5 18.831 19.741 14.323 11.174 9.216 9.670 6.979 5.428 4.543 4.771 3.424 2.654 200.6 18.804 19.712 14.302 11.159 9.203 9.657 6.969 5.420 4.536 4.764 3.419 2.650 200.7 18.777 19.684 14.282 11.143 9.190 9.643 6.959 5.413 4.530 4.758 3.414 2.647 200.8 18.751 19.656 14.262 11.127 9.177 9.629 6.949 5.405 4.523 4.751 3.409 2.643 200.9 18.724 19.628 14.241 11.111 9.164 9.615 6.939 5.397 4.517 4.744 3.404 2.639 201 18.697 19.600 14.221 11.095 9.151 9.602 6.929 5.389 4.510 4.737 3.399 2.635

t (µs)

Vi (kV)

Menara 73 Menara 74 Menara 75

l (1,5

m) l (4 m) l (8 m)

l (12 m)

l (1,5

m) l (4 m) l (8 m) l (12 m) l (1,5 m) l (4 m) l (8 m) l (12 m)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.1 215.819 211.913 211.913 209.256 105.877 106.385 103.493 101.878 50.263 50.555 48.900 47.980 0.2 312.343 311.425 311.425 312.028 153.230 154.564 152.093 151.913 73.683 74.396 72.801 72.484 0.3 107.436 111.323 111.323 116.677 52.706 54.697 54.367 56.805 25.222 26.219 25.927 27.036 0.4 80.129 79.629 79.629 81.250 39.310 40.995 38.889 39.557 18.894 19.737 18.610 18.880 0.5 64.052 60.296 60.296 59.039 31.423 32.864 29.447 28.743 15.175 15.895 14.147 13.763 0.6 54.151 48.230 48.230 45.029 26.565 27.840 23.555 21.923 12.884 13.520 11.360 10.533 0.7 48.046 40.745 40.745 36.292 23.571 24.736 19.899 17.669 11.471 12.053 9.631 8.517 0.8 44.276 36.112 36.112 30.871 21.721 22.817 17.636 15.030 10.598 11.146 8.560 7.266 0.9 41.939 33.243 33.243 27.514 20.574 21.627 16.235 13.396 10.057 10.583 7.897 6.492 1 40.482 31.463 31.463 25.435 19.860 20.885 15.366 12.383 9.720 10.232 7.485 6.012 1.1 39.567 30.353 30.353 24.144 19.411 20.419 14.824 11.755 9.508 10.010 7.228 5.713 1.2 38.984 29.655 29.655 23.338 19.125 20.121 14.483 11.363 9.372 9.869 7.067 5.527 1.3 38.605 29.211 29.211 22.831 18.939 19.928 14.266 11.116 9.284 9.778 6.964 5.410 1.4 38.352 28.923 28.923 22.508 18.815 19.798 14.125 10.958 9.225 9.716 6.897 5.335 1.5 38.175 28.730 28.730 22.297 18.728 19.708 14.031 10.855 9.184 9.673 6.852 5.286 1.6 38.046 28.596 28.596 22.155 18.665 19.642 13.965 10.786 9.153 9.641 6.821 5.253 1.7 37.946 28.498 28.498 22.056 18.616 19.590 13.918 10.738 9.130 9.616 6.798 5.230 1.8 37.864 28.422 28.422 21.983 18.575 19.548 13.881 10.703 9.110 9.595 6.780 5.213 1.9 37.792 28.360 28.360 21.927 18.540 19.511 13.850 10.675 9.093 9.578 6.765 5.200 2 37.728 28.306 28.306 21.880 18.509 19.478 13.824 10.652 9.078 9.561 6.752 5.189

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

50 19.020 14.266 14.266 11.023 9.331 9.819 6.967 5.366 4.576 4.820 3.403 2.614

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪ ▪

200 2.240 1.680 1.680 1.298 1.099 1.156 0.821 0.632 0.539 0.568 0.401 0.308 200.1 2.237 1.678 1.678 1.296 1.097 1.155 0.819 0.631 0.538 0.567 0.400 0.307 200.2 2.234 1.675 1.675 1.294 1.096 1.153 0.818 0.630 0.537 0.566 0.400 0.307 200.3 2.230 1.673 1.673 1.293 1.094 1.152 0.817 0.629 0.537 0.565 0.399 0.307 200.4 2.227 1.671 1.671 1.291 1.093 1.150 0.816 0.628 0.536 0.564 0.399 0.306 200.5 2.224 1.668 1.668 1.289 1.091 1.148 0.815 0.628 0.535 0.564 0.398 0.306 200.6 2.221 1.666 1.666 1.287 1.090 1.147 0.814 0.627 0.534 0.563 0.397 0.305 200.7 2.218 1.663 1.663 1.285 1.088 1.145 0.812 0.626 0.534 0.562 0.397 0.305 200.8 2.215 1.661 1.661 1.283 1.086 1.143 0.811 0.625 0.533 0.561 0.396 0.304 200.9 2.211 1.659 1.659 1.282 1.085 1.142 0.810 0.624 0.532 0.560 0.396 0.304 201 2.208 1.656 1.656 1.280 1.083 1.140 0.809 0.623 0.531 0.560 0.395 0.304

t (µs)

Vi (kV)

Menara 76 Menara 77 Menara 78

l (1,5 m) l (4 m) l (8 m) l (12 m) l (1,5 m) l (4 m) l (8 m) l (12 m) l (1,5 m) l (4 m) l (8 m) l (12 m)

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

0.1 26.544 26.722 25.715 25.156 12.448 12.543 12.004 11.707 6.245 6.298 5.996 5.829 0.2 37.759 38.162 37.140 36.865 18.015 18.223 17.641 17.457 8.976 9.089 8.751 8.634 0.3 13.064 13.569 13.331 13.817 6.196 6.449 6.306 6.528 3.092 3.220 3.131 3.228 0.4 9.681 10.105 9.488 9.582 4.622 4.833 4.511 4.546 2.300 2.406 2.234 2.244 0.5 7.685 8.047 7.143 6.930 3.694 3.875 3.416 3.303 1.832 1.923 1.687 1.627 0.6 6.456 6.775 5.681 5.259 3.123 3.282 2.732 2.519 1.545 1.625 1.346 1.238 0.7 5.699 5.990 4.774 4.218 2.771 2.916 2.308 2.030 1.367 1.440 1.135 0.995 0.8 5.231 5.504 4.213 3.572 2.554 2.690 2.046 1.727 1.258 1.326 1.004 0.845 0.9 4.941 5.203 3.866 3.172 2.419 2.550 1.883 1.539 1.190 1.255 0.922 0.752 1 4.761 5.016 3.650 2.924 2.335 2.462 1.782 1.423 1.148 1.211 0.872 0.694 1.1 4.647 4.898 3.516 2.771 2.282 2.407 1.719 1.351 1.121 1.184 0.841 0.659 1.2 4.575 4.823 3.432 2.675 2.248 2.372 1.680 1.306 1.104 1.166 0.821 0.636 1.3 4.529 4.775 3.378 2.615 2.227 2.350 1.655 1.27

Dengan menambah panjang elektroda pembumian akan diperoleh penurunan tegangan isolator pada saat t=1,2 s, seperti yang terlihat pada Tabel 4.18.

Tabel 4.18 Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=1,2 s

Sedangkan tegangan isolator pada saat t=50 s berkurang, seperti yang terlihat pada Tabel 4.19.

Tabel 4.19 Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=50 s

l (m)

Penurunan persentase Vi (%)

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Rata-rata 4 -4.83 -4.93 -5.03 24.99 -5.23 -5.33 -5.5 -5.6 -5.8 -5.7 60.7 3.44 8 23.94 24.28 24.6 24.99 25.33 25.63 26.1 26.3 26.6 27 27.3 25.65 12 40.66 41.1 41.6 42.05 42.49 42.88 43.4 43.8 44.2 44.7 45.1 42.90 IV.5.2 Pengaruh Jarak Pemisah (s) Elektroda Pembumian terhadap

Tegangan Isolator (Vi) Menara

Dari Tabel 4.15 diambil hasil perhitungan pada t=1,2 s dan t=50 s untuk melihat pengaruh jarak pemisah (s) elektroda pembumian terhadap tegangan isolator menara seperti ditunjukkan Tabel 4.20.

l (m)

Penurunan persentase Vi (%)

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Rata-rata 4

-4.8 -4.9

-5.01 23.93 -5.21 -5.3 -5.4 -5.5 -5.6 -5.7 58.9 3.21 8 22.87 23.22 23.6 23.93 24.27 24.59 25 25.3 25.6 26 26.3 24.60 12 38.72 39.19 39.7 40.13 40.59 41.03 41.5 41.9 42.4 42.8 43.3 41.02

Tabel 4.20 Hubungan jarak pemisah (s) elektroda dengan tegangan surja isolator menara

s (m)

Menara

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

6 336.46 186.82 92.39 36.07 19.6 7.588 4.059 2.6 1.13 0.487 0.295 7 342.83 165.25 81.75 19.11 15.55 5.141 2.924 2.24 0.86 0.344 0.236 8 253.27 146.54 72.57 19.11 12.08 3.053 1.966 1.94 0.68 0.238 0.196 9 201.25 130.01 64.49 12.18 9.053 1.236 1.142 1.69 0.5 0.142 0.158

s (m)

Menara

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

6 164.38 91.532 45.256 17.57 9.573 3.685 1.972 1.27 0.55 0.237 0.144 7 167.35 80.746 39.941 9.082 7.548 2.462 1.405 1.1 0.42 0.166 0.115 8 121.89 71.391 35.353 9.082 5.815 1.418 0.927 0.95 0.33 0.113 0.095 9 95.103 63.128 31.318 5.618 4.301 0.51 0.515 0.82 0.24 0.065 0.076

Dengan menambah jarak pemisah (s) elektroda pembumian akan diperoleh penurunan tegangan isolator pada saat t=1,2 s, seperti yang terlihat pada Tabel 4.21.

Tabel 4.21 Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=1,2 s

Sedangkan tegangan isolator pada saat t=50 s berkurang, seperti yang terlihat pada Tabel 4.22.

l (m)

Penurunan persentase Vi (%)

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Rata-rata 4

-4.8 -4.9

-5.01 23.93 -5.21 -5.3 -5.4 -5.5 -5.6 -5.7 58.9 3.21 8 22.87 23.22 23.6 23.93 24.27 24.59 25 25.3 25.6 26 26.3 24.60 12 38.72 39.19 39.7 40.13 40.59 41.03 41.5 41.9 42.4 42.8 43.3 41.02

a. pada t = 1,2 s

Tabel 4.22 Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=50 s

l (m)

Penurunan persentase Vi (%)

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Rata-rata 4 -4.83 -4.93 -5.03 24.99 -5.23 -5.33 -5.5 -5.6 -5.8 -5.7 60.7 3.44 8 23.94 24.28 24.6 24.99 25.33 25.63 26.1 26.3 26.6 27 27.3 25.65 12 40.66 41.1 41.6 42.05 42.49 42.88 43.4 43.8 44.2 44.7 45.1 42.90 IV.5.3 Pengaruh Permitivitas Tanah (ρ) Elektroda Pembumian terhadap

Tegangan Isolator (Vi) Menara

Dari Tabel 4.16 diambil hasil perhitungan pada t=1,2 s dan t=50 s untuk melihat pengaruh permitivitas tanah (ρ) elektroda pembumian terhadap tegangan isolator menara seperti ditunjukkan Tabel 4.23.

Tabel 4.23 Hubungan permitivitas tanah (ρ) elektroda dengan tegangan surja isolator menara

ρ ( )

Menara

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

200 637.59 358.44 181.2 73.1 40.23 16.01 8.689 5.57 2.49 1.099 0.671 150 490.82 273.63 136.85 35.8 29.68 11.64 6.275 3.96 1.77 0.773 0.471 100 336.46 186.02 92 35.8 19.48 7.525 4.03 2.59 1.12 0.483 0.293 50 177.27 95.24 46.57 18.55 9.619 3.663 1.948 1.25 0.53 0.227 0.137

ρ ( )

Menara

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

200 315.31 177.55 89.75 36.09 19.89 7.89 4.284 2.76 1.23 0.543 0.332 150 241.73 135.05 67.535 17.43 14.61 5.707 3.078 1.95 0.87 0.38 0.232 100 164.38 91.16 45.081 17.43 9.51 3.652 1.957 1.27 0.55 0.235 0.143 50 84.631 45.7 22.339 8.785 4.582 1.724 0.918 0.6 0.25 0.107 0.066

a. pada t = 1,2 s

Dengan menurunkan permitivitas tanah (ρ) elektroda pembumian akan diperoleh penurunan tegangan isolator pada saat t=1,2 s, seperti yang terlihat pada Tabel 4.24.

Tabel 4.24 Penurunan persentase tegangan isolator menara pada saat t=1,2 s

ρ ( )

Penurunan persentase Vi (%)

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80

Rata-rata 150 23.02 23.66 24.5 51.02 26.23 27.3 27.8 28.9 28.8 29.7 29.9 29.16 100 47.23 48.1 49.2 51.02 51.59 52.98 53.6 53.6 54.9 56 56.3 52.24 50 72.2 73.43 74.3 74.62 76.09 77.11 77.6 77.6 78.6 79.3 79.6 76.40

Sedangkan tegangan isolator pada saat t=50 s berkurang, seperti yang terlihat pada Tabel 4.25.

Tabel 4.25 Penurunan persentase tegangan isolator (Vi) menara pada saat t=50 s ρ

( )

Penurunan persentase Vi (%)

70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 Rata-rata 150 23.33 23.94 24.8 51.7 26.54 27.67 28.2 29.2 29.2 30 30.2 29.51 100 47.87 48.66 49.8 51.7 52.19 53.71 54.3 54.1 55.6 56.7 56.8 52.85 50 73.16 74.26 75.1 75.66 76.96 78.15 78.6 78.3 79.4 80.2 80.3 77.27

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

1. Dengan memperkecil impedansi pembumian menara maka tegangan surja yang dipikul isolator akan semakin kecil.

2. Untuk memperkecil impedansi surja menara dapat dilakukan dengan, (1) memperpanjang elektroda pembumian, (2) memperbesar jarak elektroda pembumian, (3) memperkecil permitivitas tanah (ρ) disekitar elektroda pembumian.

V.2. Saran

Sebaiknya dibahas pengaruh impedansi surja pembumian terhadap distribusi tegangan isolator menara dengan bentuk gelombang dan besar arus petir yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Hutauruk, T.S., “Gelombang Berjalan dan Proteksi Surja”, Erlangga, Jakarta, 1991.

[2] Badan Standarisasi Nasional, “PUIL 2000”, Jakarta. 2001.

[3] Hutauruk, T.S., “Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan”, Erlangga, Jakarta, 1991.

[4] Marek Loboda, dkk, “Practical Application of Enhancement Materials in High Resistivity Soils”, International Conference on Grounding and Earting & 3rd International Conference on Lightning Physics and Effects. November 2008.

[5] Cooray Vernon, “Lightning Protection”, London : The Institution of Engineering and Technology. 2010.

[6] Tobing, Bonggas L., “Peralatan Tegangan Tinggi”, Jakarta: Gramedia Pustaka Utama, 2003.

[7] Simbolon, Mindo, “Distribusi Tegangan Surja Petir pada Tiap Menara Transmisi”, 2011.

[8] Lumban Tobing, Windy, “Pengaruh Impedansi Surja Pembumian Menara

Transmisi Terhadap Tegangan Lengan Menara”, 2010.