Pengaruh Variasi Konduktor Berkas Terhadap Gangguan Berisik Dan Interferensi Radio Pada Saluran Transmisi Udara Tegangan Ekstra Tinggi 275 kV

BAB II
KORONA PADA SALURAN TRANSMISI

II.1

Tegangan Transmisi dan Rugi-Rugi Daya
Transmisi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang berperan

dalam menyalurkan energi listrik dari pusat pembangkit ke gardu induk. Saluran
transmisi merupakan media yang digunakan untuk mentransmisikan tenaga listrik
dari pembangkit listrik sampai distribusi hingga sampai pada konsumen pengguna
listrik. Saluran udara ataupun saluran bawah tanah yang berguna menyalurkan
daya listrik dari pusat pembangkit kepusat beban atau dari pusat beban satu ke
pusat beban yanglain dengan tegangan lebih besar dari 20 kV.
Berdasarkan panjang saluran transmisi dayalistrik dibedakan menjadi tiga
yaitu: saluran pendek (l < 80km), saluran menengah (80 km < l < 250 km) dan
saluranpanjang (l > 250 km). Sedangkan menurut jumlah sirkityang digunakan
dibedakan menjadi dua yaitu sirkittunggal dan sirkit ganda.
Berdasarkan sistem transmisi dan kapasitas tegangan yang disalurkan,
terdiri atas: Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (200-500 kV), Saluran Udara
Tegangan Tinggi (30-150 kV), Saluran Kabel Tegangan Tinggi (30-150 kV).


Universitas Sumatera Utara

Saat sistem beroperasi, pada saluran transmisi terjadi rugi-rugi daya. Jika
tegangan transmisi adalah tegangan bolak-balik tiga fasa, maka besarnya rugi-rugi
daya yang timbul adalah sebagai berikut:

Dimana:

∆Pt =3I 2 R

(2.1)

I

= Arus jala-jala transmisi (ampere)

R

= Tahanan kawat transmisi per fasa (ohm)


Arus jala-jala suatu transmisi arus bolak-balik tiga fasa adalah:

I=

P

(2.2)

√3Vr cosδ

Dimana:
P

= Daya beban pada ujung penerima transmisi (Watt)

Vr

= Tegangan fasa ke fasa ujung penerima transmisi (Volt)


cosδ

= Faktor daya beban

Jika persamaan (2.2) disubstitusikan ke persamaan (2.1), maka rugi-rugi
daya transmisi dapat dituliskan sebagai berikut:
∆�� =

�2�

��2 ��� 2 �

(2.3)

Dari persamaan (2.3) di atas dapat dilihat bahwa rugi-rugi transmisi dapat
dikurangi dengan cara meninggikan tegangan transmisi, memperkecil tahanan
konduktor, dan memperbesar faktor daya beban. Tetapi cara yang cenderung

Universitas Sumatera Utara


dilakukan adalah meninggikan tegangan transmisi dengan dasar pertimbangan
sebagai berikut:
1. Memperkecil tahanan konduktor dilakukan dengan memperbesar luas
penampangnya. Tetapi cara ini memiliki keterbatasan karena penambahan
luas penampang konduktor juga ada batasnya
2. Perbaikan faktor daya dilakukan dengan menambah kapasitor kompensasi
(shunt capasitor). Tetapi, perbaikan yang diperoleh juga ada batasnya
3. Dari persamaan (2.3) di atas terlihat bahwa rugi-rugi daya transmisi
berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan transmisi, sehingga
pengurangan rugi-rugi yang diperoleh karena peninggian tegangan
transmisi jauh lebih besar daripada pengurangan rugi-rugi daya karena
pengurangan tahanan konduktor
Pertimbangan inilah yang mendorong perusahaan pembangkit tenaga
listrik lebih cenderung menaikkan tegangan transmisi.
II.2

Masalah Penerapan Tegangan Tinggi pada Transmisi
Meskipun tegangan transmisi ditinggikan akan mengurangi rugi-rugi daya,

tetap ada batasnya karena tegangan tinggi menimbulkan beberapa masalah, antara

lain:
1. Timbulnya efek korona yang mengakibatkan gangguan radio (radio
interference, disingkat RI). Korona ini menimbulkan rugi-rugi daya dan
dapat menimbulkan gangguan terhadap komunikasi radio
2. Masalah yang lain adalah isolasi konduktor. Pada level tegangan yang
lebih tinggi akan memberikan tekanan dielektrik yang lebih besar pada
isolasi konduktor. Oleh karena itu, peralatan transmisi dan gardu induk

Universitas Sumatera Utara

membutuhkan isolasi yang volumenya semakin banyak agar peralatan
mampu memikul tegangan tinggi tersebut. Hal ini mengakibatkan
kenaikan biaya investasi
3. Saat terjadi pemutusan dan penutupan rangkaian transmisi (switching
operation), timbul tegangan lebih surja hubung sehingga peralatan sistem
tenaga listrik harus dirancang mampu memikul tegangan tinggi tersebut.
Hal ini mengakibatkan kenaikan biaya investasi
4. Jika tegangan transmisi ditinggikan, menara transmisi harus semakin
tinggi untuk menjamin keselamatan makhluk hidup di sekitar saluran
transmisi. Peninggian menara transmisi mengakibatkan transmisi mudah

disambar petir. Sambaran petir pada transmisi akan menimbulkan
tegangan lebih surja petir pada sistem tenaga listrik, sehingga peralatan
listrik harus dirancang mampu memikul tegangan lebih tersebut
5. Peralatan sistem perlu dilengkapi dengan peralatan proteksi untuk
menghindari kerusakan akibat adanya tegangan lebih surja hubung dan
surja petir. Penambahan peralatan proteksi ini menambah biaya investasi
dan perawatan
Dari kelima masalah di atas, masalah efek atau gejala koronaakan dibahas
secara khusus pada bab ini. Dalam hubungannya dengan fenomena korona,
pembahasan tentang gangguan radio dan gangguan berisik dan pemilihan
konduktor yang ekonomis, telah banyak data yang dikumpulkan baik dari
pengujian saluran transmisi (test lines) maupun dari saluran transmisi tegangan
ekstra tinggi (EHV). Dengan data ini, analisa baru digunakan untuk memprediksi
gangguan radio dan gangguan berisik pada saluran transmisi yang hendak

Universitas Sumatera Utara

direncanakan. Beberapa proyek EHV menghasilkan perencanaan atau design yang
berbeda, dalam hal ini dipakai konduktor tunggal, dua, tiga, empat berkas di mana
konduktor tersebut memiliki luas penampang yang berbeda.

II.3

Korona
Korona adalah peluahan sebagian yang terjadi pada permukaan konduktor

di saluran transmisi ketika tekanan dielektrik yaitu intensitas medan listrik
(gradien tegangan permukaan) dari konduktor melebihi tegangan tembus di
sekitar udara. Korona pada saluran transmisi menyebabkan rugi-rugi daya,
interferensi radio dan televisi, dan gangguan berisik di sekitar saluran transmisi.
Pada level tegangan ekstra tinggi, konduktor tersebut merupakan sumber utama
dari timbulnya gangguan berisik, interferensi radio, interferensi televisi, dan rugirugi korona. Pengertian korona berdasarkan American StandardsAssociation
adalah peluahan sebagian (partial discharge)ditandai dengan timbulnya cahaya
violet karena terjadiionisasi udara disekitar permukaan konduktor ketikagradien
tegangan permukaan konduktor melebihi nilai kuatmedan kritis disruptifnya.
Terjadinya korona juga ditandaidengan suara mendesis (hissing) dan bau ozone
(O3).Korona makin nyata kelihatan pada bagian yang kasar,runcing, dan kotor.
Peristiwa korona semakin sering terjadijika pada saluran transmisi diterapkan
tegangan yang lebihtinggi daripada tegangan kritis dan ketika udara yanglembab
serta cuaca buruk. Pada kondisi cuaca yang kering, konduktor secara normal
beroperasi dibawah level deteksi korona, oleh karena itu sangat sedikit sumber

korona yang ada. Pada kondisi udara yang lembab menyebabkan banyaknya
jumlah korona yang terjadi dan menghasilkan ledakan noise (burst of noise).

Universitas Sumatera Utara

Faktor –Faktor yang mempengaruhiterjadinya korona antara lain:
1. Kondisi Atmosfer
2. Diameter konduktor
3. Kondisi permukaan konduktor
4. Jarak konduktor antar fasa
5. Tegangan
Lima faktor diatas menjadi penentu perhitunganterhadap gradien tegangan
permukaan konduktor. Gradientegangan permukaan konduktor merupakan faktor
yangmempengaruhi besar nilai rugi korona, gangguan berisik (Audible Noise),
dan interferensi radio (Radio Interference).
II.4

Proses Terjadinya Korona
Bila dua kawat sejajar yang penampangnya kecil (dibandingkan dengan


jarak antar kawat tersebut) diberi tegangan bolak-balik, maka akan terjadi korona.
Pada tegangan yang cukup rendah tidak terlihat apa-apa. Bila tegangan dinaikkan
maka akan terjadi korona secara bertahap. Pertama kali, kawat kelihatan
bercahaya yang berwarna ungu muda, mengeluarkan suara berdesis (hissing) dan
berbau ozon. Jika tegangan dinaikkan terus, maka karakteristik diatas akan terlihat
semakin jelas, terutama pada bagian yang kasar, runcing atau kotor serta cahaya
bertambah besar dan terang. Bila tegangan masih terus dinaikkan akan terjadi
busur api. Korona mengeluarkan panas; hal ini dapat dibuktikan dari pengukuran
dengan wattmeter. Dalam keadaan udara lembab, korona menghasilkan asam
nitrogen (nitrous acid), yang menyebabkan kawat menjadi berkarat bila
kehilangan daya yang cukup besar.

Universitas Sumatera Utara

Apabila tegangan searah yang diberikan, maka pada kawat positif korona
menampakkan diri dalam bentuk cahaya yang seragam pada permukaan kawat,
sedangkan pada kawat negatifnya hanya pada tempat-tempat tertentu saja.
Korona terjadi karena adanya ionisasi dalam udara, yaitu adanya
kehilangan elektron dari molekul udara. Oleh karena lepasnya elektron dan ion,
maka jika disekitarnya terdapat medan listrik, maka elektron-elektron bebas ini

mengalami gaya yang mempercepat geraknya, sehingga terjadilah tabrakan
dengan molekul lainnya. Akibatnya timbul elektron dan ion yang baru. Proses ini
berjalan terus-menerus dan jumlah elektron dan ion bebas menjadi berlipat ganda
bila gradien tegangan cukup besar, peristiwa ini dinamakan dengan korona.
Ionisasi udara mengakibatkan redistribusi gradien tegangan. Bila
redistribusi ini sedemikian rupa, sehingga gradien udara di antara dua kawat lebih
besar dari gradien udara normal maka terjadilah lompatan api. Bila hanya
sebagian saja daripada udara antara dua kawat terionisasikan, maka korona
merupakan sampul (envelope) mengelilingi kawat. Gradien tegangan seragam
yang dapat menimbulkan ionisasi kumulatif di udara normal (25oC, 760 mmHg)
adalah 30 kV/cm.
II.5

Tegangan Kritis Disruptif dan Visual
Tegangan kritis disruptif adalah tegangan minimal yang dibutuhkan untuk

terjadinya ionisasi pertama kali dipermukaan konduktorsaat kondisi cuaca cerah.
Pada tegangan kritis disruptifbelum tampak adanya cahaya violet yang
menandakan terjadinya korona. Kekuatan dielektrik pada kondisi udara standar
dengan suhu 25oC dan tekanan 76 cmHg adalah 30 kV/cm. Kekuatan dielektrik


Universitas Sumatera Utara

sebanding dengan kepadatan udara. Kepadatan udara dapat dirumuskan sebagai
berikut:

�=
Dimana:

0,3921. �
273 + �

(2.4)

δ = faktor kerapatan udara
p = tekanan udara (mmHg)
t = suhu udara (oC)
Sedangkan besarnya tegangan kritis disruptif menurut Peek, setelah
memperhitungkan kondisi permukaan konduktor dengan menggunakan faktor
ketidakteraturan, tegangan kritis disruptif dapat dirumuskan sebagai berikut:
�� = 21,1. �. �. �. ��
Dimana:




(2.5)

Ed

= tegangan kritis disruptif fasa ke netral (kV rms)

δ

= faktor kerapatan udara

r

= jari-jari konduktor (cm)

s

= jarak antar fasa (cm)

Universitas Sumatera Utara

Tegangan kritis visual adalah tegangan minimumpada saat timbul cahaya
violet

disekitar

permukaankonduktor

saat

korona

terjadi.

Berdasarkan

penelitianPeek dihasilkan persamaan sebagai berikut:

�� = 21,1. �. �� . �. �1 +
Keterangan:

II.6


� �� � �

√�. �

0,0301

Vv

= tegangan kritis visual (kV rms)

δ

= faktor kerapatan udara

r

= jari-jari konduktor (cm)

s

= jarak antar fasa (cm)

mv

= faktor keseragaman konduktor (0