Analisis Rugi-Rugi Daya Pada Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi 275 Kv PLTU 2 Sumut Pangkalan Susu–Gardu Induk Binjai Sistem Sumatera Bagian Utara

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Umum
Saluran

Transmisi

merupakan

media

yang

digunakan

untuk

mentransmisikan tenaga listrik dari Generator Station/Pembangkit Listrik sampai

distribution station hingga sampai pada konsumen pengguna listrik. Tenaga listrik
ditransmisikan oleh suatu bahan konduktor yang mengalirkan tipe Saluran
Transmisi Listrik. Menaikkan daya untuk saluran transmisi adalah dengan
menaikkan tegangan sebesar mungkin. Hal ini bertujuan untuk mengurangi rugirugi daya yang terjadi pada sepanjang saluran transmisi. Batas jumlah tegangan
transmisi pada masing-masing negara berbeda-beda tergantung pada kemajuan
teknologi tenaga listrik di negara-negara tersebut. Saluran transmisi tegangan
tinggi di Indonesia pada saat ini berdasarkan sistem transmisi dan kapasitas
tegangan yang disalurkan terdiri Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 70 kV
dan 150 kV, dan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 200kV-500kV.
Tujuannya adalah agar drop tegangan dari penampang kawat dapat direduksi
secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan efisien. Akan
tetapi terdapat permasalahan mendasar dalam pembangunan SUTET ialah
konstruksi tiang (tower) yang besar dan tinggi, memerlukan tanah yang luas,
memerlukan isolator yang banyak, sehingga memerlukan biaya besar. Masalah
lain yang timbul dalam pembangunan SUTET adalah masalah sosial, yang
akhirnya berdampak pada masalah pembiayaan. Ada dua kategori saluran
transmisi,

yaitu saluran udara (overhead line) dan saluran bawah tanah

9
Universitas Sumatera Utara

(underground). Saluran udara menyalurkan tenaga listrik melalui kawat-kawat
yang digantung pada tiang-tiang transmisi dengan perantara isolator-isolator,
sedangkan saluran bawah tanah menyalurkan listrik melalui kabel-kabel bawah
tanah. Kedua saluran ini mempunyai kelebihan dan kekurangan masing-masing,
misalnya saluran udara lebih ekonomis biaya pembangunannya dan lebih mudah
untuk perawatannya bila terjadi gangguan yang mengakibatkan kerusakan pada
saluran transmisi serta kekurangannya lebih cenderung mengalami gangguan dari
cuaca buruk atau sambaran petir.
Sedangkan saluran bawah tanah tidak terpengaruh cuaca buruk dan saluran
bawah tanah lebih estetis karena tidak tampak. Saluran bawah tanah lebih disukai
di Indonesia terutama untuk kota-kota besar, tetapi biaya pembangunannya lebih
mahal dibandingkan dengan saluran udara dan perbaikannya lebih sukar jika
terjadi hubung singkat. Peningkatan tegangan pada saluran transmisi mempunyai
nilai ekonomis yang sangat penting dan keuntungannya sebagai berikut:
2

Penyaluran daya yang sama arus yang dialirkan menjadi berkurang, ini

berarti penggunaan bahan tembaga pada kawat penghantar akan
berkurang dengan bertambah besarnya tegangan transmisi;

3

Luas penampang konduktor yang digunakan berkurang, karena itu
struktur penyangga konduktor lebih kecil;

4

Arus yang mengalir di saluran transmisi menjadi lebih kecil, maka jatuh
tegangan juga menjadi kecil.

Saluran transmisi dengan menggunakan sistem arus bolak-balik (AC) tiga
phasa merupakan sistem yang banyak digunakan ssat ini mengingat beberapa
kelebihan sebagai berikut:

10
Universitas Sumatera Utara

 Mudah pembangkitannya (generator sinkron);
 Mudah pengubahan tegangannya (transformator);
 Dapat menghasilkan medan magnet putar;
 Dengan sistem tiga phasa, daya yang disalurkan lebih besar dan
nilai sesaatnya konstan [4].

2.2

Kebijakan Pengembangan Transmisi
Pengembangan

saluran

transmisi

secara

umum

diarahkan

kepada

tercapainya keseimbangan antara kapasitas pembangkitan di sisi hulu dan
permintaan daya pada distribusi di sisi hilir secara efisien dengan kriteria
keandalan tertentu. Disamping itu pengembangan saluran transmisi juga
dimaksudkan sebagai usaha untuk mengatasi bottleneck penyaluran, perbaikan
tegangan pelayanan dan fleksibilitas operasi. RUPTL 2010 – 2019 Sejalan dengan
kebijakan pengembangan pembangkitan untuk mentransfer energi listrik dari
wilayah yang mempunyai sumber energi primer tinggi ke wilayah lain yang
mempunyai sumber energi primer terbatas, maka sistem Sumatera yang pada saat
ini tengah berkembang pesat memerlukan jaringan interkoneksi utama (backbone)
yang kuat mengingat jarak geografis yang sangat luas. Sebagai dampak dari
kebijakan tersebut dalam RUPTL ini direncanakan pembangunan jaringan
interkoneksi dengan tegangan 275 kV AC pada tahap awal dan tegangan 500 kV
AC pada saat diperlukan, yaitu mulai tahun 2018.
Kebijakan

utama

lainnya

adalah

pembangunan

sistem

transmisi

dilaksanakan dengan mempertimbangkan pertumbuhan beban sampai dengan 10
tahun ke depan. Pada jaringan yang memasok ibukota negara direncanakan

11
Universitas Sumatera Utara

loopingantar sub-sistem dengan pola operasi terpisah untukmeningkatkan
keandalan pasokan. Pada saluran transmisi yang tidak memenuhi kriteria
keandalan N-1 akan dilaksanakan reconductoring dan uprating. Perluasan jaringan
transmisi dari grid yang telah ada untuk menjangkau sistem isolated yang masih

dilayani PLTD BBM (grid extension) dilaksanakan dengan mempertimbangkan
aspek ekonomi dan teknis. Penentuan lokasi GI dilakukan ataspertimbangan
keekonomian biaya pembangunan fasilitas sistem transmisi tegangan tinggi, biaya
pembebasan tanah, biaya pembangunan fasilitas sistem distribusi tegangan
menengah dan harus disepakati bersama antara unit pengelola sistem distribusi
dan unit pengelola sistem transmisi.
Pemilihan teknologi seperti jenis menara transmisi, penggunaan tiang, jenis
saluran (saluran udara, kabel bawah tanah) dan perlengkapan (pemutus,
pengukuran dan proteksi) dilakukan oleh manajemen unit melalui analisis dan
pertimbangan keekonomian jangka panjang, dan pencapaian tingkat mutu
pelayanan yang lebih baik, dengan tetap memenuhi standar SNI, SPLN atau
standar

internasional

yang

berlaku.

Kebijakan

lebih

rinci

mengenai

pengembangan transmisi adalah sebagai berikut:
2

Jumlah unit trafo yang dapat dipasang pada suatu GI dibatasi oleh
ketersediaan lahan, kapasitas transmisi dan jumlah penyulang keluar
yang dapat ditampung oleh GI tersebut. Dengan kriteria tersebut suatu
GI dapat mempunyai 3 atau lebih unit trafo. Sebuah GI baru diperlukan
jika GI-GI terdekat yang ada tidak dapat menampung pertumbuhan
beban lagi karena keterbatasan tersebut.

12
Universitas Sumatera Utara

3

Pengembangan GI baru juga dimaksudkan untuk mendapatkan
tegangan yang baik di ujung jaringan tegangan menengah.

4

Trafo daya (TT/TM) pada dasarnya direncanakan mempunyai kapasitas
sampai dengan 60 MVA, namun dalam situasi tertentu seperti pasokan
untuk konsumen besar dan daerah padat beban dapat digunakan unit
size hingga 100 MVA. Trafo IBT GITET (500/150 kV dan 275/150
kV) dapat dipasang hingga 4 unit per GITET dengan pola operasi
terpisah dengan 2 unit per sub-sistem.

5

Spare trafo IBT 1 phasa disediakan per lokasi untuk GITET jenis GIS,
dan 1 phasa per tipe per provinsi untuk GITET jenis konvensional [1].

2.3

Struktur Sistem Tenaga Listrik
Sistem ketenagalistrikan merupakan sekumpulan pusat pembangkit dan

pusat beban dimana antara satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi.
Oleh karena itu sistem tenaga listrik secara umum terdiri dari tiga komponen
utama yaitu pusat pembangkit, transmisi, dan distribusi beban. Transmisi listrik
menghubungkan pusat pembangkit dengan sistem distribusi. Pusat pembangkit
dalam sistem tenaga listik terdiri dari beberapa unit pembangkit yang kerap kali
tersebar luas pada pelayanan interkoneksi tersebut.
Dalam pengoperasian sistem tenaga listrik sangat perlu diperhatikan tiga
aspek penting sebagai berikut:
a. Ekonomi (Economy)
b. Keamanan (Security)
c. Kualitas (Quality)

13
Universitas Sumatera Utara

Ekonomi

Kualitas

Keamanan

Gambar 2.1 Aspek dalam operasi sistem tenaga listrik
Operasi ekonomis yang dimaksud tidak sekadar memaksimalkan
pengoperasian pembangkit-pembangkit yang biaya operasinya murah namun juga
harus menjaganya agar tidak melewati batasan keamanan dan kualitas sistem.
Sistem bekerja aman apabila sistem dapat bertahan terhadap gangguan tak terduga
tanpa menyebabkan terjadinya pemadaman pada sisi konsumen. Sistem disebut
memiliki kualitas yang baik apabila sistem tersebut memiliki kemampuan untuk
memberikan pelayanan dengan tegangan dan frekuensi yang sesuai standar.
Pada pelaksanaan pengendalian operasi sistem tenaga listrik ini,
urutanprioritas dari ketiga aspek yang harus diperhatikan seperti yang telah di
jelaskan diatas bisa berubah-ubah tergantung pada kondisi real time.Pada saat
terjadi gangguan, maka keamanan adalah prioritas utama sedangkanmutu dan
ekonomi bukanlah hal yang utama.

2.4

Tegangan Transmisi Tenaga Listrik
Untuk daya yang sama, maka daya guna penyaluran akan naik oleh karena

rugi-rugi transmisi turun, apabila tegangan transmisi ditinggikan. Namun,
peninggian tegangan transmisi berarti juga penaikan isolasi dan biaya peralatan
serta gardu induk. Oleh karena itu pemilihan tegangan transmisi dilakukan dengan
memperhitungkan daya yang disalurkan, jumlah rangkaian, jarak penyaluran,

14
Universitas Sumatera Utara

keandalan (reability), biaya peralatan untuk tegangan tertentu, serta tegangantegangan yang sekarang ada dan yang direncanakan.
Kecuali itu, penentuan tegangan harus juga dilihat dari segi standarisasi
peralatan yang ada. Penentuan tegangan merupakan bagian dari perancangan
sistem secara keseluruhan. Meskipun tidak jelas menyebutkan keperluannya
sebagai tegangan transmisi di Indonesia, pemerintah telah menyeragamkan
deretan tegangan tinggi [6].
Gardu Pembangkit
(SWITCHYARD)

P

Saluran Udara Tegangan
Ekstra Tinggi 275 kV

Gardu Induk
(PEMBAGI)
Saluran Udara Tegangan
Menengah (SUTM) 20 kV

Pusat Pembangkit
Tenaga Listrik (PLTU)

Beban
(Konsumen)

Gardu
Distribusi
Saluran Udara Tegangan
Rendah (SUTR)
380 V dan 220 V

Gambar 2.2 Diagram satu garis sistem tenaga listrik
Adapun deskripsi kerja dari diagram satu garis sistem tenaga listrikdiatas
adalah Tegangan yang dihasilkan dari generator PLTU 2 SUMUT Pangkalan Susu
akan dinaikkan di Gardu Pembangkit (Switchyard) yang akan disalurkan melalui
Transmisi atau Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 275 kV. Hal ini
bertujuan untuk mengurangi rugi-rugi daya pada saluran tersebut dikarenakan
jarak ke Gardu Induk (Pembagi) yang ada di Binjai lumayan jauh yaitu 70 km.
Pada Gardu Induk (Pembagi) akan diturunkan tegangan tersebut yang akan
disalurkan melalui Saluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 20 kV. Tegangan
20 kV ini akan dihubungkan ke Gardu Distribusi untuk diturunkan lagi menjadi
380 Volt dan 220 Volt, maka tegangan inilah yang digunakan konsumen sebagai
beban tenaga listrik.

15
Universitas Sumatera Utara

a.

Penerepan Tegangan Tinggi pada Transmisi
Peninggian tegangan transmisi akan mengurangi rugi-rugi daya, peninggian

itu tetap ada batasnya karena tegangan tinggi menimbulkan beberapa masalah,
antara lain:
a. Tegangan tinggi dapat menimbulkan korona pada kawat transmisi.
Korona ini menimbulkan rugi-rugi daya dan dapat menimbulkan
gangguan terhadap komunikasi radio.
b. Jika tegangan transmisi semakin tinggi, maka peralatan transmisi dan
peralatan gardu induk membutuhkan bahan isolasi yang volumenya
semakin besar agar peralatan mampu memikul tegangan tinggi
tersebut. Hal ini mengakibatkan kenaikan biaya investasi.
c. Saat terjadi pemutusan dan penutupan rangkaian transmisi (switching
operation), timbul tegangan lebih surja hubung sehingga isolasi
peralatan sistem tenaga listrik harus dirancang mampu memikul
tegangan lebih tersebut. Hal ini juga mengakibatkan kenaikan biaya
investasi.
d. Jika tegangan transmisi ditinggikan, maka menara transmisi harus
semakin tinggi. Hal ini dilakukan untuk menjamin keselamatan
mahluk hidup disekitar transmisi. Peninggian menara transmisi
mengakibatkan transmisi mudah disambar oleh petir. Sambaran petir
pada transmisi akan menimbulkan tegangan lebih surja petir pada
sistem tenaga listrik, sehingga isolasi peralatan sistem tenagalistrik
harus dirancang untuk mampu memikul tegangan lebih tersebut.

16
Universitas Sumatera Utara

e. Peralatan sistem perlu dilengkapi dengan peralatan proteksi untuk
menghindarkan kerusakan akibat adanya tegangan lebih surja
hubung dan surja petir. Penambahan peralatan proteksi ini
menambah biaya investasi dan perawatan.
Pada poin e di atas memberi kesimpulan, bahwa peninggian tegangan
transmisi akan menambah biaya investasi dan perawatan sistem tenaga
listrik. Tetapi, telah dijelaskan sebelumnya bahwa mempertinggi tegangan
transmisi akan mengurangi biaya kerugian daya. Oleh karena itu, tegangan
transmisi harus dipilih sedemikian rupa sehingga jumlah biaya investasi
dan biaya kerugian daya pada pilihan tegangan tersebut minimum [8].

b.

Saluran Transmisi
Pemilihan penggunaan saluran transmsi tergantung kepada suatu daerah

yang akan dipasang. Biasanya untuk daerah yang penduduknya agak jarang
dengan jarak yang cukup panjang digunakan saluran hantaran udara tegangan
tinggi, sedangkan

untuk pertumbuhan penduduknya yang padat maka pada

daerah tersebut lebih cocok digunakan saluran hantaran bawah tanah. Selain itu
saluran transmisi juga memiliki jenis yang berbeda-beda berdasarkan sirkitnya,
yakni saluran tranmsisi sirkit tunggal dan saluran transmisi sirkit ganda, seperti
yang ditunjukan oleh gambar 2.3 [11].

17
Universitas Sumatera Utara



(b)

Gambar 2.3 (a) Saluran Transmisi Tunggal, (b) Saluran Tranmsisi Ganda

c.

Penghantar Berkas
Pada tegangan ekstra tinggi (ekstra high voltage), yaitu tegangan diatas
200 kV, korona dengan akibatnya yang berupa rugi daya dan terutama
timbulnya interferensi dengan saluran komunikasi, akan menjadi sangat
berlebihan jika rangkaiannya hanya mempunyai sebuah penghantar per
phasa. Dengan menggunakan dua penghantar atau lebih per phasa yang
disusun berdekatan dibandingkan dengan jarak pemisah antar phasaphasanya, maka gradien tegangan tinggi pada penghantar dalam daerah
tegangan ekstra tinggi dapat banyak dikurangi. Dengan menggunakan dua
atau lebih konduktor per phasa maka reaktansi saluran juga akan lebih kecil
dan kapasitas hantar bertambah besar. Saluran sejenis ini dikatakan sebagai
tersusun dari penghantar berkas (bundled conductor).
Penghantar berkas itu terdiri dari dari dua, tiga, atau empat penghantar.
Gambar 2.4 menunjukkan susunan-susunan tersebut dan arus tidak akan
berbagai rata dengan tepat antara penghantar-penghantar dalam berkas, jika
18
Universitas Sumatera Utara

tidak dilakukan transposisi penghantar-penghantar dalam berkas, tetapi
perbedaannya tidak begitu penting dalam prateknya, dan metode GMD
sudah cukup teliti untuk perhitungan-perhitungan. Keuntungan lain yang
sama pentingnya yang diperoleh dari pemberkasan ialah penurunan
reaktansi. Peningkatan jumlah penghantar dalam suatu berkas mengurangi
efek korona dan mengurangi reaktansi. Pengurangan reaktansi disebabkan
oleh kenaikan GMR berkas yang bersangkutan. Perhitungan GMR sudah
tentu tepat sama dengan perhitungan untuk penghantar berupa lilitan [5].

Kawat 2

Kawat 1
Jarak (d)

Jari-jari (r)

Gambar 2.4 Susunan penghantar berkas 2 subkonduktor

d.

Klasifikasi Saluran Transmisi
Berdasarkan panjang saluran yang dimodelkan dengan perlu atau tidaknya

penanganan kapasitansi, saluran kawat terbuka 50 Hz yang kurang dari kira-kira
80 km adalah termasuk saluran transmisi jarak pendek, Saluran transmisi jarak
menengah adalah kira-kira 80 − 250 km. Saluran transmisi yang lebih panjang
dari 250 km dinamakan saluran transmisi jarak jauh dan memerlukan perhitungan
yang menggunakan konstanta tersebar (distributed) jika diminta ketelitian yang

19
Universitas Sumatera Utara

tinggi meskipun untuk keperluan tertentu reprsentasi dengan parameter terpusat
dapat digunakan untuk saluran sampai sepanjang 320 km.
Penghantar dari campuran aluminium mempunyai kekuatan-tarik (tensile
strenger) yang lebih besar dari daripada penghantar aluminium biasa. ACSR
(Aluminium Conductor, Steel-Reinforced), penghantar aluminium yang diperkuat
dengan baja. ACSR terdiri dari inti serat baja di tengah, yang dikelilingi oleh
lapisan-lapisan dari serat aluminium. Lapisan-lapisan serat penghantar secara
berturutan dipilin dan dililit dengan arah yang berlawanan agar tidak terlepas
kembali dan supaya jari-jari luar suatu lapisan sesuai besarnya dengan jari-jari
dalam lapisan berikutnya [9].
Biji aluminium oksida
dilarutkan dalam cairan garam
SUMBER
DAYA

LARUTAN CRYOLITE
(1750 °F)

KARBON ANODA
KULIT BAJA

Reduksi sel dari
aluminium oksida
untuk aluminium

LARUTAN ALUMINIUM
KARBON KATODA

Gambar 2.5 Bentuk fisik kawat penghantar pada Aluminium

Berikut beberapa keuntungan menggunakan kawat penghnatar aluminium:
1. Sepertiga lebih ringan dari baja
2. Suhu dan konduktivitas listriknya baik
3.

Sangat kuat sebanding dengan beratnya

4. Tidak mengandung magnet
5. Tidak beracun

20
Universitas Sumatera Utara

SERAT ALUMINIUM

SERAT BAJA

Gambar 2.6Penampang penghantar ACSR dengan penguatan baja,
7 serat baja, dan 55 serat aluminium

Pada gambar di atas menunjukkan bahwa penampang suatu penghantar
ACSR yang banyak digunakan. Penghantar tersebut terdiri dari 7 serat baja yang
membentuk inti tengah, sedangkan di sekelilingnya terdapat tiga lapisan serat
aluminium. Diketiga lapisan tersebut terdapat 54 serat aluminium. Penghantar
lilitan semacam ini dispesifikasikan sebagai 54 A1/7st, atau 55/7 saja. Dengan
menggunakan bermacam-macam kombinasi baja dan aluminium diperoleh
beraneka ragam kekuatan-tarik, kapasitas arus, dan ukuran penghantar.
Untuk memudahkan referensi, masing-masing penghantar sudah diberi
nama-nama kode yang diseragamkan di seluruh industri aluminium. Suatu jenis
penghantar yang dikenal dengan nama ACSR diperluas (expanded ACSR)
mempunyai semacam pengisi, misalnya dari kertas , yang memisahkan dari serat
baja di tengah dari serat aluminium yang di luar. Lapisan kertas memberikan
diameter yang lebih besar dan karena itu, korona lebih rendah untuk suatu
konduktivitas dan kekuatan-tarik yang diinginkan. ACSR yang diperluas
digunakan pada beberapa Saluran Tegangan Tinggi (EHV) [5].

21
Universitas Sumatera Utara

2.8.1 Saluran Transmisi Jarak Pendek
Oleh karena pengaruh kapasitansi dan konduktansi bocor dapat
diabaikan pada saluran transmisi pendek, maka saluran tersebut dapat
dianggap sebagai rangkaian impedansi yang terdiri dari tahanan dan
induktansi.
Rangkaian ekivalen saluran transmisi pendek seperti pada Gambar 2.7
dapat diselesaikan dengan perhitungan rangkaian arus bolak-balik biasa.
jX

R

IS

+

+

Vs

Z

VR

IR

Beban

-

-

Gambar 2.7 Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Jarak Pendek
Dengan demikian maka impedansi (Ż) dan admitansinya
Ẏ) (dinyatakan
oleh persamaan berikut ini:
Ż = żl = (r + jx) = R + jX ..........................................................................(2.1)
Ẏ = ẏl = (g + jb) = G + jB .....................................................................(2.2)
Dimana,
r = tahanan kawat (Ω/km)
x = reaktansi kawat = 2πfL (Ω/km)
g = konduktansi kawat (Ʊ/km)
b = suseptansi kawat = 2πfC (Ʊ/km)

22
Universitas Sumatera Utara

Pada rangkaian ekivalen transmisi pendek ini, admitansi shunt
diabaikan. Karena tidak terdapat cabang paralel (shunt), arus pada ujungujung pengiriman dan penerima akan sama besarnya.
Is = IR(Ampere) .................................................................................... .(2.3)
Dimana Isdan IRmerupakan arus pada ujung pengirim dan ujung penerima.
Tegangan pada ujung pengiriman adalah
Vs = VR + IRZ(volt) .............................................................................. .(2.4)
Dimana Z adalah zl, yaitu impedansi seri keseluruhan saluran dan Vsdan VR
merupakan tegangan saluran terhadap netral pada ujung pengiriman dan
ujung penerima [3].
2.8.2Saluran Transmisi Jarak Menengah
Saluran transmisi jarak menengah seperti pada Gambar 2.8dimodelkan
dengan memasukkan admitansi shuntnya. Admitansi shunt di sini
merupakan kapasitansi murni.
Untuk mendapatkan suatu rumus untuk Vs kita lihat bahwa arus dalam
kapasitansi pada ujung penerima adalah VRY/2 dan arus dalam cabang seri
adalah IR + VRY/2 [5].
 Y

VS = VR + I R  Z + VR ........................................................................ .(2.5)
 2

 ZY

VS = 
+ 1VR + ZI R ........................................................................ .(2.6)
 2


23
Universitas Sumatera Utara

jX

R

IS

IR

+

+

Z
Vs

Beban VR

Y/2

Y/2

-

-

Gambar 2.8 Rangkaian Ekivalen Saluran Transmisi Jarak Menengah
2.5.1

Saluran Transmisi Jarak Jauh
Perhitungan parameter saluran transmisi menggunakan perhitungan

saluran transmisi jarak panjang lebih sering digunakan karena hasil yang
diperoleh lebih akurat.Pada perhitungan saluran transmisi panjang,
parameter R, L dan C tidak dianggap sebagai lumped parameter
(tertumpuk), tetapi dianggap sebagai nilai yang nyata dengan artian bahwa
nilai-nilai tersebut tersebar di sepanjang saluran(distributed parameter).
Saluran transmisi memiliki memiliki empat parameter lain yang
digunakan dalam perhitungan arus dan tegangan di sisi pengirim dan
penerima. Dalam saluran transmisi berlaku :

V S   A B  V R 
 I  = C D   I  .......................................................................... ....(2.7)
 R 
 S 
Sedangkan perhitungan parameter-parameter tersebut di atas adalah
sebagai berikut :
A = D = cosh γl .................................................................................. ....(2.8)

B = Z C sinh γl .................................................................................... ....(2.9)

24
Universitas Sumatera Utara

C=

sinh γl
......................................................................................... ..(2.10)
ZC

Baik γ maupun Zckedua-duanya merupakan bilangan kompleks.

Dimana γ merupakan konstanta rambatan dan Zc merupakan impedansi

karakterstik. Dari persamaan diatas, maka dapat diperoleh penyelesaian VR
,VS , IR,dan IS sebagai suku-sukunya.

V S = AV R + BI R = cosh γl V R + Z C sinh γl I R ................................... ..(2.11)

I S = CVR + DI R =

sinh γl
VR + cosh γl I R .......................................... ..(2.12)
ZC

Nilai tegangan pada persamaan di atas adalah tegangan saluran ke
netral (line to neutral voltage) dan nilai arus adalah arus saluran. Dari
persamaan di atas, maka dapat diketahui pengaruh parameter transmisi
terhadap nilai tegangan dan arus baik dari sumber maupun penerima [5].

2.6 Parameter Saluran Transmisi
Untuk menyalurkan tenaga listrik dari pusat-pusat pembangkit ke pusatpusat beban (gardu induk). Secara umum, kapasitas saluran transmisi diketahui
melalui level tegangan saluran tersebut. Namun dalam pengoperasiannya,
karakteristik saluran transmisi tersebut harus diketahui secara rinci agar rugi-rugi
daya, jatuh tegangan,dan kapasitas saluran (kemampuan hantar arus) itu tidak
melanggar batasan-batasan pengoperasian.
Saat sistem beroperasi, pada sub-sistem transmisi terjadi rugi-rugi daya.
Untuk transmisi arus bolak-balik (AC) tiga phasa, rugi-rugi daya tersebut adalah
seperti persamaan di berikut ini:

25
Universitas Sumatera Utara

∆Pt = 3I2R ...............................................................................................(2.13)
Dimana,

∆Pt= rugi-rugi daya total transmisi (Watt)
I = arus pada kawat transmisi (Amper)
R = tahanan kawat transmisi per phasa (Ohm)

Dengan mengabaikan arus kapasitif pada transmisi, maka arus di sepanjang
kawat transmisi dapat dianggap sama dan besarnya adalah sama dengan arus pada
ujung penerima transmisi:
I=

�

√3Vr Cos ϕ

..........................................................................................(2.14)

Dimana:

P

= daya beban pada ujung penerima transmisi (Watt)

Vr = tegangan phasa ke phasa ujung penerima transmisi (Volt)
Cos ϕ= faktor daya beban

Subsitusi persamaan 2.13 dengan persamaan 2.14, diperoleh:
∆Pt =

�2R

�� ��� 2 ϕ
2

(Watt)......................................................................................(2.15)

Terlihat bahwa rugi-rugi transmisi berbanding lurus dengan besar tahanan
penghantar dan berbanding terbalik dengan kuadrat tegangan transmisi, sehingga
pengurangan rugi-rugi daya yang diperoleh karena peninggian tegangan transmisi
jauh lebih besar daripada pengurangan rugi-rugi daya karena pengurangan tahanan
penghantar. Faktor-faktor yang mempengaruhi parameter saluran transmisi yaitu
resistansi(R), induktansi(L), dan kapasitansi(C). Ketiga parameter ini tergantung
pada jenis konduktor yang digunakan dan konfigurasi saluran transmisi itu sendiri
[6].

26
Universitas Sumatera Utara

2.9.1 Resistansi
Resistansiadalah penyebab utama dari terjadinya rugi-rugi daya (power
loss) pada saluran transmisi. Rugi-rugi daya yang dihasilkan yaitu berupa
panas. Resistansi suatu penghantar dirumuskan dengan:

R=

∆P
2

I

...............................................................................................(2.16)

Dimana:
R = resistansi efektif pada penghantar(Ω/m)
ΔP = rugi-rugi daya pada saluran (Watt)
I

= arus transmisi (Amper)

Resistansi efektif suatu penghantar dipengaruhi oleh jenis arus yang
mengalir pada penghantar dan konstruksi dari penghantar tersebut. Nilai
resistansi efektif suatu jenis penghantar akan berbeda jika penghantar
digunakan pada sistem dengan arus AC, jika arus diasumsikan tidak
terdistribusi merata, maka resistansi tersebut disebut sebagai resistansi AC.
Resistansi AC diberikan oleh rumus di bawah ini [5] :
�

R = ρ �(Ω) ...........................................................................................(2.17)

dimana,

ρ = resistivitas penghantar (ohm-meter)
l

= panjang konduktor (m)

A = luas penampang konduktor (m2)
i.

Induktansi
Induktansi pada saluran transmisi merupakan akibat dari adanya

medan

magnet

yang

muncul

di

sekitar penghantar

yang

dialiri

27
Universitas Sumatera Utara

arus.Persamaan untuk induktansi per phasa dari saluran tiga-phasa rangkaian
tunggal adalah sebagai berikut :
LX = 2 x 10-7 ln
dimana,

���
���

H/m ....................................................................(2.18)

GMD = Geometri Mean Distance
GMR = Geometri Mean Radius
Nilai GMD yang sebenarnya antara penghantar-penghantar pada suatu
penghantar berkas dan penghantar pada berkas yang lain hampir tidak ada
bedanya dengan jarak antara pusat-pusat untuk jarak pemisah yang sama.
Suatu saluran ganda tiga phasa mempunyai konduktor parallel per phasa dan
arus terbagi rata antara kedua konduktor, baik karena susunan konduktor
yang simetris maupun karena transposisi. Untuk mendapatkan GMR suatu
jenis penghantar spesifik untuk tiap jenisnya. Jika tiap phasa hanya terdiri
dari suatu penghantar, maka nilai GMR yang terdapat pada katalog
penghantar dapat langsung digunakan. Tetapi jika penghantar untuk tiap
phasa adalah penghantar berkas, maka harus digunakan nilai GMR
pengganti sesuai dengan konfigurasi penghantar berkas tersebut.

28
Universitas Sumatera Utara

LINE 1

LINE 2

1C

d 1 C-2 C

2C

d 1 CB

d 1 CA

d 2 CB

1B

d 1 B -2 B

2B

d 1 BA

d 2 CA

d 2 B-2 A

1A

d 1 A-2 A

2A

Gambar 2.9 Susunan konduktor dari suatu saluran ganda tiga phasa

Pada umumnya semua konduktor adalah identik dengan radius r1, Jadi:
I1A = I2C
I1B = I2B
I1C = I2A
Bila line 1 jauh dari line 2 maka induktansi bersama antara konduktorkonduktor dapat diabaikan. Tetapi pada umumnya kedua saluran itu
ditopang pada satu menara, jadi jarak-jarak antara konduktor tidak besar,
sehingga induktansi bersama tidak dapat diabaikan.Sekalipun demikian,
dalam praktek sering diambil impedansi dari satu saluran ganda itu sama
dengan separoh dari impedansi dari satu saluran, dengan kata lain pengaruh
dari impedansi bersama itu diabaikan. Untuk menghitung reaktansi induktif

29
Universitas Sumatera Utara

dari saluran ganda tersebut dapat digunakan metode GMD dan GMR [9].
Jadi, untuk memperjelas persamaan 2.18 dapat dijelaskan bahwa:

GMD = ��1�� �1�� �1�� �1�2� �1A2B �1B2A �1B2B �1�2� �1�2� �1�2�
13

�2�� �2�� �2��

...................................................................(2.19)

dan GMR untuk penghantar dua berkas adalah
GMR = �(�1 ′ )2 �1�2� �1�2� ................................................................(2.20)
4

dimana,

�1 ′= GMR (jari-jari) masing-masing penghantar yang membentuk
berkas penghantar

d = jarak antara penghantar
ii.

Kapasitansi
Kapasitansi saluran transmisi didefinisikan sebagai akibat adanyabeda

potensial antar

penghantar (konduktor)

maupun penghantar dengan

permukaan tanah, kapasitansi menyebabkan penghantar bermuatan seperti
yang terjadi pada plat kapasitor bila terjadi beda potensial diantaranya.
Kapasitansi antara penghantar adalah muatan perunit beda potensial.
Kapasitansi antara

penghantar sejajar adalah suatu konstanta yang

tergantung pada ukuran dan jarak pemisah dan penghantar. Untuk saluran
daya yang panjangnya kurang dari 80 km (50 mil),
pengaruh kapasitansinya kecil dan biasanya dapat diabaikan. Untuk
saluran-saluran yang lebih panjang dengan tegangan yang lebih tinggi,
kapasistansinya menjadi bertambah tinggi [5].

30
Universitas Sumatera Utara

Dalam bentuk persamaan, kapasitansi per satuan panjang saluran
adalah

C=

q
(F/m) ........................................................................................(2.21)
v

dimana,
q = muatan pada saluran (coloumb per meter)
v = beda potensial antara kedua penghantar (volt)
Kapasitansi ke netral di rumuskan sebagai berikut:

C n = C an = C bn =

2πk
(F/m ke netral) ......................................(2.22)
ln( D / r )

dimana,
Cn= kapasitansi ke netral (F/m)
k= permitivitas relatif (F/m)
D = Kerapatan fluks listrik (C/m2)
r = jari-jari luar penghantar (m)
b.

Faktor Daya
Faktor daya merupakan rasio antara daya (dalam satuan watt) terhadap

tegangan dan arus (dalan satuan VA) yang berbeda phasa, disebabkan reaktansi
rangkaian, termasuk alat yang merupakan beban. Karena fasilitas sistem perlu
dirancang untuk dapat menyalurkan arus listrik dan memikul rugi-rugi yang
berbanding pangkat dua dari arus, serta pula untuk turun yang kira-kira
berbanding lurus dengan arus, maka perlu bahwa nilai-nilai arus diketahui. Semua
fasilitas sistem, berupa transformator, kabel, kawat, sekring, saklar dan lain
sebagainya, semuanya didasarkan pada nilai-nilai arus yang harus dialirkan secara
aman dan ekonomis [10].

31
Universitas Sumatera Utara

Daya rata-rata bukan fungsi rms dan tegangan saja, tetapi ada unsur
perbedaan sudut phasa arus dan tegangan. Jika arus dan tegangan dari persamaan
sephasa dan φ = 00; maka persamaan daya (P) menjadi,

P = V⋅I cos φ (Watt) ...................................................................(2.23)

Nilai maksimum dari daya yang selalu berubah-ubah, yang ditandai dengan
Q dinamakan daya reaktif atau daya voltamper yang akan sangat berpengaruh
dalam melukiskan bekerjanya suatu sistem tenaga. Hal ini akan menjadi semakin
mudah dalam pembahasan-pembahasan selanjutnya. Daya reaktif adalah
Q = V⋅Isin φ (VAR) ...................................................................(2.24)
maka, Daya semu (S) merupakan akar dari jumlah kuadrat P dan Q sama dengan
V dan I, karena
S = �(V⋅I cos φ)2 + (V⋅I sin φ)2 = V⋅I (VA) ....................(2.25)

Atau

S = ��2 + � 2 ................................................................................................(2.26)

P dan Q mempunyai satuan dimensi yang sama, tetapi biasanya untuk Q
dinyatakan dengan voltamper reaktif. Satuan yang praktis

Q adalah kilo

voltamper reaktif atau mega voltamper reaktif [5].
Tegangan dikalikan dengan arus disebut daya semu. Daya nyata dibagi
daya semu disebut faktor daya. Untuk arus dan tegangan sinusoid, faktor daya
dapat dihitung dengan rumus [4]:
Faktor daya (cos φ) = �⋅ � = � ........................................................(2.27)
�

�

32
Universitas Sumatera Utara

c.

Jatuh Tegangan
Jatuh tegangan (drop voltage) pada saluran transmisi adalah selisih antara

tegangan pada pangkal pengiriman (sending end) dan tegangan pada ujung
pengirim (receiving end) tenaga listrik.
Vs = Vr + IZ ..........................................................................................(2.28)
Dimana, Vs = Tegangan pengiriman
Vr = Tegangan penerimaan
I = Arus (Ampere)
Z = Impedan (Ohm)
Pada saluran bolak-balik besarnya tergantung pada impedensi dan admitansi
saluran serta pada beban dan faktor daya. Jatuh tegangan relativ dinamakan
regulasi tegangan (voltage regulation), dan dinyatakan oleh rumus [3]:
Vd =
dimana:

��−��
��

x 100% ................................................................................(2.29)

Vs = tegangan pada pangkal pengiriman
Vr = tegangan pada ujung penerimaan

d.

Korona
Terjadinya korona pada saluran transmisi dapat dianalogikan dengan

peristiwa suatu kawat diselubungi oleh silinder logam yang diameternya relatif
besar dibandingkan dengan diameter kawat. Jika pada kawat itu diberikan
tegangan yang kenaikannya dibuat bertahap, maka pada tegangan tertentu akan
terjadi ionisasi pada udara di sekitar kawat. Jika tegangan terus dinaikkan, maka
akan terjadi selubung cahaya berwarna ungu pada kawat tersebut diiringi dengan

33
Universitas Sumatera Utara

suara berdesis, dan mengeluarkan bau Ozon (O3). Dengan adanya arus yang
mengalir pada kawat yang disebut dengan arus korona dan arus korona tersebut
tergantung kepada [7]:
A. Besarnya tegangan pada kawat,
B. Polaritas tegangan yang diberikan,
C. Tekanan udara,
D. Diamater udara.
Dengan kata lain korona merupakan peluahan sebagian (partial discharge)
dan terjadi pada permukaan konduktor saluran transmisi ketika tekanan elektris
yaitu intensitas medan listrik (gradien potensial permukaan) melampaui kekuatan
breakdown pada udara sekitar. Korona ditandai dengan timbulnya cahaya violet,
suara mendesis (hissing) dan bau Ozon (O3). Korona makin nyata kelihatan pada
bagian yang kasar, runcing dan kotor. Peristiwa korona akan semakin sering
terjadi jika pada saluran transmisi diterapkan tegangan yang lebih tinggi daripada
tegangan kritis dan udara yang lembab. Penyaluran energi listrik dari pembangkit
energi listrik ke beban membutuhkan saluran transmisi. Jauhnya jarak antara
pembangkit energi listrik dengan pusat-pusat beban membutuhkan saluran
transmisi energi listrik yang panjang.
Namun semakin panjang saluran transmisi yang digunakan, maka semakin
besar pula rugi daya pada saluran sehingga daya yang sampai pada tujuan telah
banyak berkurang sehingga menyebabkan efisiensi saluran transmisi rendah dan
regulasi tegangan saluran transmisi menjadi tinggi. Untuk menghindari hal
tersebut maka salah satu cara yang dilakukan adalah dengan menaikan tegangan
listrik pada saluran transmisi menjadi tegangan ekstra tinggi. Namun jika

34
Universitas Sumatera Utara

digunakan tingkat tegangan yang lebih tinggi akan timbul peristiwa korona.
Korona menyebabkan rugi korona dan dampak negatif terhadap lingkungan
berupa Audible Noise (AN) dan Radio Interference (RI). Nilai AN dan nilai RI
perlu diperhatikan dalam perencanaan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi
(SUTET) karena dikawatirkan dapat mengganggu lingkungan sekitar saluran
transmisi udara. Jarak kawat antar phasa merupakan salah satu faktor yang
mempengaruhi nilai rugi korona. Meningkatnya jarak penghantar antar phasa
berbanding terbalik dengan gradien tegangan permukaan konduktor sehingga
mengurangi resiko terjadi korona. Rugi-rugi korona akan semakin besar jika
tegangan saluran terus dinaikkan melebihi tegangan kritis disruptif. Besar rugi
korona pada kondisi cuaca hujan akan menghasilkan rugi korona yang lebih besar.
Bentuk Permukaan dan kondisi dari konduktor juga mempengaruhi
pembentukan korona. Pada permukaan yang tidak rata dan kotor akan mengurangi
nilai dari tegangan kegagalan awal korona sehingga korona dapat terjadi pada
tegangan yang lebih rendah. Ini dikarenakan medan listrik pada permukaan yang
kasar akan lebih besar dibandingkan dengan konduktor yang memiliki permukaan
yang halus. Sehingga pada permukaan kasar, korona yang terjadi lebih besar
dibandingkan kawat halus. Untuk kawat transmisi terdapat suatu faktor yang
dinamakan faktor ketidakteraturan (m0). Maksudnya merupakan ketidakteraturan
dari bentuk permukaan kawat. Dalam kondisi normal faktor permukaan kawat ini
ditetapkan oleh Peek pada Tabel 2.1 [11].

35
Universitas Sumatera Utara

Table 2.1 Hubungan Kondisi Permukaan Kawat dengan Nilai m0
No.

Kondisi Permukaan Kawat

m0

1

Halus

1,0

2

Kawat padat yang kasar

0,93 − 0,98

3

Kawat tembaga rongga

4

Kawat lilit 7

5

Kawat lilit 19 - 61

0,90 − 0,94

0,82 − 0,87

0,80 − 0,85

2.12.1 Tegangan Kritis untuk Gejala Korona
Gradien tegangan yang menyebabkan gagalnya gaya dielektrik udara
adalah 30 kV/cm pada keadaan standar. Tegangan dimana korona mulai
terjadi disebut tegangan kritis. Gradien tegangannya pada permukaan
kawat oleh [3],
Eg0 =

0,301
30 2/3
δ (1+
)
√δr
√2

(kV/cm nilai effktif) ...........................(2.30)

Dimana,

b = tekanan udara (mmHg)
t = suhu udara (0C)
r = jari-jari kawat (cm)
Gradien tegangan pada permukaan kawat untuk saluran transmisi 3 phasa
dinyatakan oleh,
Eg =

0,4343 �
� ���

Dimana,

�
�

(kV/cm) ........................................................................(2.31)

E = tegangan phasa (kV)

36
Universitas Sumatera Utara

D = jarak ekivalen antara kawat (cm)
i. Rugi-rugi Daya Akibat Korona
Ada

beberapa

perhitungan-perhitungan

teoritis

dan

empiris

mengenai hilang-korona, tetapi teoritisnya masih belum diketahui dengan
pasti. Menurut Sato hilang-korona dinyatakan oleh [3]:
�=

�

δ

(f + 25)r2(Eg − mδE′g0)10-2

(kW/km-1 kawat) ....................(2.32)

dimana:
E′g0 = 21,1 kV/cm
A = 0,448 untuk kawat padat (solid) dan
0,375 untuk kawat lilitan
f

= frekuensi sumber tenaga (Hz)

r

= jari-jari penghantar (cm)

m = m0 x m1
m0 = kondisi faktor permukaan kawat
m1 = faktor untuk udara baik 1,0 dan untuk hujan 0,8
b.

Daya Guna Transmisi
Daya guna (efficiency) saluran transmisi adalah perbandingan antara daya

yang diterima dan daya yang disalurkan [3],
η = �� x 100% .........................................................................................(2.33)
�

�

Atau,
η=�

�

��

+ ��

x 100% ...................................................................................(2.34)

Dimana,

Pr = daya yang diterima (kW)

37
Universitas Sumatera Utara

Ps = daya yang dikirimkan (kW)
PH = hilang daya (kW)
Daya guna transmisi rata-rata tahunan dinyatakan oleh,
ηT = ��� x 100% .....................................................................................(2.35)
�

��

Atau,

ηT = �

���

��

+ � ��

x 100% ..........................................................................(2.36)

Dimana,

UrT = tenaga tahunan yang diterima (kWh)
UsT = tenaga tahunan yang dikirimkan (kWh)
UHT = hilang tenaga tahunan (kWh)

c.

Pembumian Titik Netral
Untuk saluran transmisi tegangan rendah jarak dekat tidak diharapkan

terjadinya

gangguan-gangguan

meskipun

titik

netral

tidak

ditanahkan

(underground neutral). Tetapi hal ini tidak berlaku untuk saluran transmisi
tegangan tinggi jarak-jauh. Gangguan-gangguan yang mungkin terjadi pada
saluran-saluran tersebut terakhir ini bersumber pada gangguan stabilitas pada
hubung singkat satu phasa, gangguan (interference) telepon karena induksi,
kapasitas interupsi dari pemutus beban yang kurang memadai, serta daya isolasi
peralatan yang tidak sesuai.

38
Universitas Sumatera Utara