BAB II LANDASAN TEORI

5

BAB II

LANDASAN TEORI

2.1

Transmisi

Saluran Transmisi merupakan media yang digunakan untuk mentransmisikan tenaga listrik dari Generator Station / Pembangkit listrik sampai didistribusi station hingga sampai pada konsumer pengguna listrik. Tenaga listrik ditransmisikan oleh suatu bahan konduktor yang mengalirkan tipe Saluran Transmisi Listrik. Saluran Udara Tegangan Tinggi memiliki tegangan operasi antara 30kV sampai 150kV. Konfigurasi jaringan pada umumnya single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4 kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar netralnya diganti oleh tanah sebagai saluran kembali. Apabila kapasitas daya yang disalurkan besar, maka penghantar pada masingmasing phasa terdiri dari dua atau empat kawat ( Double atau Quadrapole) dan berkas konduktor disebut Bundle Conduktor. Jarak terjauh yang paling efektif dari saluran transmisi ini ialah 100km. Jika jarak transmisi lebih dari 100km maka tegangan jatuh ( drop voltage) terlalu besar, sehingga tegangan diujung transmisi menjadi rendah. Tegangan pada generator besar biasanya berkisar diantara 13,8kV dan 24kV. Tetapi generator besar yang modern dibuat dengan tegangan yang bervariasi antara 18kV dan 24kV. Tidak ada suatu standar yang umum diterima untuk tegangan generator. Tegangan generator dinaikkan ke tingkat yang dipakai untuk transmisi yaitu antara 115 dan 765kV. Tegangan tinggi standar (high voltage-HV standar) adalah 115, 138, 230kV. Tegangan tinggi ekstra (ekstra high voltage –EHV) adalah 345, 500, dan 765 kV. Kini sedang dilakukan penelitian untuk pemakaian tegangan-tinggi-ultra ( ultra high voltages- UHV) antara 1000-5000 kV. Keuntungan transmisi dengan tegangan yang lebih tinggi akan menjadi jelas jika kita melihat pada kemampuan transmisi (transmisi capability) suatu saluran transmisi.Kemampuan ini biasanya dinyatakan dalam megavolt-ampere(MVA).

Universitas Sumatera Utara

6

Kemampuan transmisi dari saluran yang panjangnya berubah-ubah kira-kira sebanding dengan kuadarat tegangannya. Tetapi kemampuan transmisi dari suatu saluran dengan tegangan tertentu tidak dapat ditetapkan dengan pasti, karena kemampuan ini masih tergantung lagi pada batasan-batasan termal dari penghantar, jatuh-tegangan (voltage drop) yang diperbolehkan, keterandalan, dan persyaratan kestabilan sistem, yaitu penjagaan bahawa mesin pada system tersebut tetap berjalan serempak stu terhadap yang lain. Kebanyakan faktor-faktor ini masih tergantung pula pada panjangnya saluran.

2.1.1

Saluran Transimisi

Suatu sistem tenaga listrik terdiri dari tiga bagian utama : pusat-pusat pembangkit listrik, saluran-saluran transmisi, dan sistem-sistem distribusi. Saluran-saluran transmisi merupakan rantai penghubung antara pusat-pusat pembangkit listrik dan sistem-sistem distribusi, dan melalui hubungan-hubungan antar sistem dapat pula menuju ke sistem tenaga yang lain. Suatu sistem distribusi menghubungkan semua beban-beban yang terpisah satu dengan yang lain kepada saluran-saluran transmisi. Tegangan pada generator-generator besar biasanya berkisar diantara 13,8kV dan 24 kV. Tetapi generator-generator besar yang modern dibuat dengan tegangan yang bervariasi antara 18 dan 24 kV. Tidak ada suatu standar yang umum diterima untuk tegangan-tegangan generator. Tegangan generator dinaikkan ke tingkat-tingkat yang dipakai untuk transmisi yaitu antara 115 dan 765 kV. Tegangan-tegangan tinggi standar (high voltages – HV standard) adalah 115, 138, dan 230 kV. Tegangan-tegangan tinggi-ekstra (extra high voltage – EHV) adalah 345, 500 dan 765 kV. Kini sedang dilakukan penelitian untuk pemakaian tegangan-tegangan tinggi ultra yaitu diantara 1000 dan 500 kV (ultra high voltages – UHV). Keuntungan dari transmisi dengan tegangan yang lebih tinggi akan menjadi jelas jika kita melihat pada kemampuan transmisi (transmission capability) dari suatu saluran transmisi.Kemampuan ini biasanya dinyatakan dalam megavolt ampere (MVA). Kemampuan transmisi dari suatu saluran dengan tegangan tertentu tidak dapat ditetapkan dengan pasti, karena kemampuan ini masih tergantung lagi pada batasan-batasan (limit) thermal dari


7

penghantar, jatuh tegangan (voltage drop) yang diperbolehkan, keterandalan, dan persyaratanpersyaratan kestabilan sistem (system stability), yaitu penjagaan bahwa mesin- mesin pada sistem tersebut tetap berjalan serempak satu terhadap yang lain. Kebanyakan faktor- faktor ini masih tergantung pula pada panjangnya saluran.Adapun saluran transmisi berdasarkan tegangan terbagi atas . 1.

Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 200 kV – 500 kV Pada umumnya digunakan pada pembangkitan dengan kapasitas di atas 500

MW. Tujuannya adalah agar drop tegangan dan penampang kawat dapat direduksi secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan efisien. Permasalahan mendasar pembangunan SUTET adalah: konstruksi tiang (tower) yang besar dan tinggi, memerlukan tapak tanah yang luas, memerlukan isolator yang banyak, sehingga pembangunannya membutuhkan biaya yang besar. Pembangunan transmisi ini cukup efektif untuk jarak 100 km sampai dengan 500 km.

2.

Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30 kV – 150 kV Tegangan operasi antara 30 kV sampai dengan 150 kV. Konfigurasi jaringan

pada umumnya single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa dengan 3 atau 4 kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar netralnya digantikan oleh tanah sebagai saluran kembali. Apabila kapasitas daya yang disalurkan besar, maka penghantar pada masing-masing phasa terdiri dari dua atau empat kawat (Double atau Qudrapole) dan Berkas konduktor disebut Bundle Conductor.

2.1.2

Bagian- Bagian Saluran Transmisi Adapun komponen-komponen utama dari saluran transmisi terdiri dari

1. Tiang Transmisi atau Menara Pada suatu Sistem Tenaga Listrik, energi listrik yang dibangkitkan dari pusat pembangkit listrik ditransmisikan ke pusat-pusat pengatur beban melalui suatu saluran transmisi, saluran transmisi tersebut dapat berupa saluran udara atau saluran bawah tanah, namun pada umumnya berupa saluran udara. Energi listrik yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan


8

kawat telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media isolasi antara kawat penghantar tersebut dengan benda sekelilingnya, dan untuk menyanggah / merentang kawat penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi bangunan yang kokoh, yang biasa disebut menara / tower. Konstruksi tower besi baja merupakan jenis konstruksi saluran transmisi tegangan tinggi (SUTT) ataupun saluran transmisi tegangan ekstra tinggi (SUTET) yang paling banyak digunakan di jaringan PLN , karena mudah dirakit terutama untuk pemasangan di daerah pegunungan dan jauh dari jalan raya, harganya yang relatif lebih murah dibandingkan dengan penggunaan saluran bawah tanah serta pemeliharaannya yang mudah. Namun demikian perlu pengawasan yang intensif, karena besi-besinya rawan

terhadap pencurian. Seperti yang telah terjadi dibeberapa daerah di

Indonesia, dimana pencurian besi-besi baja pada menara / tower listrik mengakibatkan menara / tower listrik tersebut roboh, dan penyaluran energi listrik ke konsumen pun menjadi terganggu. Suatu menara atau tower listrik harus kuat terhadap bebanyang bekerja padanya, antara lain yaitu : - Gaya berat tower dan kawat penghantar (gaya tekan). - Gaya tarik akibat rentangan kawat.


9

- Gaya angin akibat terpaan angin pada kawat maupun badan tower

Gambar 2.1 Konstruksi Tiang Untuk Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT)


10

2. Isolator Jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi pada umumnya adalah jenis porselin atau gelas yang berfungsi sebagai isolasi tegangan listrik antara kawat penghantar dengan tiang. Macam-macam isolator yang digunakan pada saluran udara tegangan tinggi adalah sebagai berikut : - isolator piring dipergunakan untuk isolator penegang dan isolator gantung, dimana jumlah piringan isolator disesuaikan dengan tegangan sistem pada saluran udara tegangan tinggi tersebut - isolator tonggak saluran vertical - isolator tonggak saluran horizontal

3.Kawat Penghantar Untuk Saluran Transmisi Udara Kawat penghantar berfungsi untuk mengalirkan arus listrik dari suatu tempat keempat yang lain. Jenis kawat penghantar yang biasa digunakan pada saluran transmisi adalah tembaga dengan konduktivitas 100 % (CU 100 %), atau aluminium dengan konduktivitas 61 % (AL 61 %). Kawat penghantar tembaga mempunyai beberapa kelebihan dibandingkan dengan kawat penghantar aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tetapi kelemahannya ialah, untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium, dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat aluminium telah menggantikan kedudukan tembaga. a. Klasifikasi Kawat menurut Kontruksinya Yang dinamakan kawat padat (solid wire) adalah kawat tunggal padat(tidak berongga) dan berpenampang buat ; jenis ini hanya dipakai untuk penampangpenampang kecil, karena penghantar-penghantar yang berpenampang sukar ditangani serta kurang fleksibel. Apabila diperlukan penampang yang besar, maka dipergunakan 7 sampai 61 kawat padat yang dililit menjadi satu, biasanya secara berlapis dan konsentris. Tiap-tiap kawat padat merupakan kawat komponen dari kawat berlilit tadi. Apabila kawat- kawat komponen itu sama garis tengahnya maka persamaanpersamaan berikut berlaku:


11

N = 3n ( 1+ n ) + 1 D = d ( 1+ 2n ) A = an W= wN (1+𝑘1 ) R = (1 + 𝑘2 ) r/N Dimana : N = Kawat komponen N = Jumlah Lapisan Kawat Komponen D = Garis Tengah luar dari Kawat Belilit d = Garis Tengah Kawat Komponen A = Luas Penampang Kawat Berlilit W = Berakt Kawat Berlilit w = Berat Kawat Komponen per Satuan Panjang 𝑘1 = Perbandingan Berat Terhadap Lapisan R = Tahanan Kawat Berlilit R = Tahanan Kawat Komponen Per Satuan panjang 𝑘2 = Perbandingan Tahan Terhadap Lapisan Jenis - jenis kawat penghantar yang biasa digunakan pada saluran transmisi adalah : Tembaga dengan konduktivitas 100% (CU 100%), tembaga konduktivitas 97,5% (CU 97,5%) atau aluminium dengan konduktivitas 61% (Al 61%). Kawat penghantar aluminium terdiri dari berbagai jenis dengan lambang sebagai berikut : a. AAC = All - Aluminium Conductor, yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari aluminium. b. AAAC = All Aluminium - Alloy Conductor, yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran aluminium. c. ACSR = Aluminium Conductor Steel - Reinforced, yaitu kawat penghantar aluminium ber-inti kawat baja. d. ACAR = Aluminium Conductor Alloy - Reinforced, yaitu kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran. Kawat rongga (hollow Conductor) adalah kawat berongga yang dibuat untuk mendapatkan garis tengah luar yang besar. Ada dua jenis kawat rongga : (a) yang rongganya dibuat oleh kawat lilit yang ditunjang oleh sebuah batang, dan (b) yang rongganya dibuat oleh kawat- kawat komponen yang membentuk segmen-segmen


12

sebuah silinder. Kawat penghantar tembaga mempunyai beberapa kelebihan disbanding dengan kawat penghantar aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. tapi kelemahan nya ialah untuk besar tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium dan juga lebih mahal. Oleh karena itu kawat penghantar

aluminium

telah

menggantikan

kedudukan

tembaga.

Untuk

memperbesar kuat tarik dari kawat aluminium digunakan campuran aluminium (aluminium alloy). Untuk saluran - saluran tegangan tinggi, dimana jarak antara dua tiang/menara jauh (ratusan meter), dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi. Untuk itu digunakan kawat penghantar ACSR.

4.Kawat Tanah Kawat tanah atau ground wires, juga disebut sebagai kawat pelindung (shield wires) gunanya untuk melindungi kawat-kawat penghantar atau kawatkawat fasa terhadap sambaran petir. Jadi kawat tanah ini dipasang diatas kawat fasa. Sebagai kawat tanah dipakai kawat baja (steel wires).

5.Arester Arester petir atau disingkat arrester, atau sering juga disebut penangkap petir, adalah alat pelindung bagi peralatan sistem tenaga listrik terhadap petir. Itu berlaku sebagai jalan pintas (by-pass) sekitar isolasi. Arester membentuk jalan yang mudah dilalui oleh arus petir, sehingga tidak timbul tegangan lebih yang tinggi pada peralatan. Jalan pintas itu harus sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu aliran arus daya sistem 50 Hertz. Jadi pada kerja normal arrester itu berlaku sebagai isolator dan bila timbul surja dia berlaku sebagai konduktor, jadi melewatkan aliran arus yang tinggi . Setelah surja hilang arrester harus dengan cepat kembali menjadi isolator, sehingga pemutus daya tidak sempat membuka. Arester dapat memutuskan arus susulan tanpa menimbulkan gangguan, inilah salah satu fungsi terpenting dari arester.


13

Arester terdiri dari dua jenis : jenis ekspulsi (expulsion type) atau tabung pelindung (protector tube) dan jenis katup (valve type) . a. Arester Jenis Ekspulsi atau Tabung Pelindung Arester jenis ekspulsi pada prinsipnya terdiri dari sela percik yang berada dalam tabung serat atau sela percik batang yang berada diluar di udara atau disebut sela seri. Bila ada tegangan surja yang tinggi sampai pada jepitan arester kedua sela percik, yang diluar dan yang berada di dalam tabung serat, tembus seketika dan memebentuk jalan penghantar dalam bentuk busur api. Jadi arester menjadi konduksi dengan impedansi rendah dan melakukan surja arus dan surja daya sitem bersama-sama. Panas yang timbul karena mengalirnya arus petir menguapkan sedikit bahan dinding tabung serat, sehingga gas yang ditimbulkannya menyembur pada api dan memeatikannnya pada waktu arus susulan melewati titik nolnya . Arus susulan dalam arester jenis ini dapat mencapai harga yang tinggi sekali tetapi lamanya tidak lebih dari satu atau dua gelombang, dan biasanya kurang jadi setengah gelombang. Jadi tidak menimbulkan gangguan. Arester jenis ekspulsi ini mempunyai karakteristik volt-waktu yang lebih baik dari sela batang dan dapat memutuskan arus susulan . Tetapi tegangan percik susulan tergantung dari tingkat arus hubung singkat dari sistem pada titik dimana arester itu dipasang. Dengan demikian perlindungan dengan arester ini dipandang tidak memadai untuk perlindungan transformator daya, kecuali untuk sistem distribusi. Arester ini banyak juga digunakan pada saluran transmisi untuk membatasi besar surja yang memasuki gardu induk. Dalam penggunaan yang terkahir ini arester jenis ini sering disebut sebagai tabung pelindung.

b.Arester Jenis Katup Arester jenis katup ini terdiri dari sela percik terbagi atau sela seri yang terhubung dengan elemen tahanan yang mempunyai karakteristik tidak liniear. Tegangan frekuensi dasar tidak dapat menimbulkan tembus pada sela seri. Apabila sela seri tembus saat tibanya suatu surja yang cukup tinggi, alat tersebut menjadi penghantar.


14

Sela seri itu dapat memutuskan arus susulan, dalam hal ini dia dibantu oleh tahanan tak linier yang mempunyai karakteristik tahanan kecil untuk arus besar dan tahanan besar untuk arus susulan dari frekuensi dasar. Arester jenis ini terbagi atas tiga jenis yaitu: 1.Arester Katup Jenis Gardu Arester katup jenis gardu ini adalah jenis yang paling efesien dan juga paling mahal. Perkataan ‘gardu’ disini berhubungan dengan pemakaiannya secara umum pada gardu induk besar . Umumnya dipakai untuk melindungi alat-alat yang mahal pada rangkaian- rangkaian mulai dari 2.400 volt sampai 278 KV dan lebih tinggi .

2. Arester Katup Jenis Saluran Arester katup jenis saluran ini lebih murah dari arester katup jenis gardu. Kata ‘saluran’ disini bukanlah berarti untuk perlindungan saluran transmisi. Seperti arester jenis gardu , arester jenis saluran inijuga dipakai pada gardu induk untuk melindungi peralatan yang kurang penting. Arester jenis saluran ini dipakai pada sistem dengan tegangan 15 sampai 69 KV.

3.Arester katup Jenis Distribusi untuk mesin-mesin Arester jenis distribusi ini khusus untuk melindungi mesin mesin berputar dan juga untuk melindungi transformator dengan pendingin udara tanpa minyak. Arester jenis ini dipakai pada peralatan dengan tegangan 130 volt sampai 750 volt.

6. Andongan Beratnya kawat penghantar yang direntangkan antara dua tiang transmisi mempunyai bentuk lengkung tertentu ( catenary curve ) yang dapat dinyatakan oleh persamaan-persamaan tertentu. Andongan dan tegangan tarik pada suatu rentang kawat penghantar antar menara dalam saluran udara dipengaruhi oleh faktor-faktor sebagai berikut : berat kawat per satuan panjang, modulus elastisitas, koefisien perubahan panjang, ultimate strength, diameter kawat, jarak antara dua menara ( span ), dan kondisi lingkungan sekitar yang mungkin berpengaruh,


15

misalnya angin, es, debu, dan suhu. Berat efektif maksimum dari kawat penghantar adalah jumlah vektor dari berat vertikal dan tekanan angin horisontal.

2.1.2

Ambang Batas Medan Magnet Jarak bebas minimum vertikal merupakan jarak terpendek secara vertikal

antara konduktor SUTT atau SUTET dengan permukaan bumi atau benda di atas permukaan bumi yang tidak boleh kurang dari jarak yang telah ditetapkan demi keselamatan manusia, makhluk hidup dan benda lainnya serta keamanan operasi SUTT dan SUTET. Rekomendasi WHO/IRPA/IDI untuk batas exposureterhadap medan magnet yang berlaku pada lingkungan kerja dan umum pada frekuensi 50/60 Hz. Klasifikasi

Kuat Fluks Magnetik (m𝑇𝑟𝑚𝑠 )

- Lingkungan kerja: 1.Sepanjang hari kerja

<0,5

2.Waktu singkat

5(s/d 2 jam/hari)

3.Anggota tubuh

25

- Lingkungan Umum: 1. Sampai 24 jam/ hari 2.Beberapa jam/hari

0,1(ruang terbuka) 1

Tabel 2.1 Ambang Batas Medan Magnet pada lingkungan kerja dan umum berdasarkan WHO/IRPA/IDI Sumber: WHO(1987);IRPA(1990);IDI(1997)


16

2.1.4 Standart IEEE std. C95.6-2000 IEEE std. C95.6-2000 for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Electromagnetic Fields, 0–3 kHz, memberikan batasan kuat medan magnet yang dizinkan untuk khalayak ramai (general public) dan lingkungan kerja (controlled environment) berdasarkan rentang frekuensi adalah sebagai berikut :

Selang Frekuensi(Hz)

Kuat Fluks Magnetik (mT) General Public

Controlled Environtment

< 0.153

118

153

0.153-20

18,1/f

54,3/f

20-759

0,904

2,71

759-3000

687/f

2060/f

f adalah frekuensi sistem dalam Hz Tabel 2.2 Batas Medan Magnet pada lingkungan umum dan kerja berdasarkan IEEE Limit Kuat Medan Magnet yang diizinkan berdasarkan IEEE std.C95.6-2000

Radiasi elektromagnetik berpotensi menimbulkan gangguan kesehatan tertentu. Berbagai potensi gangguan kesehatan tersebut adalah sebagai berikut: (1) Sistem darah, berupa leukemia dan limfoma malignum. (2) Sistem reproduksi laki-laki, berupa infertilitas. (3) Sistem saraf, berupa degeneratif saraf tepi. (4) Sistem kardiovaskular, berupa perubahan ritme jantung. (5) Sistem endokrin,berupa perubahan metabolisme hormon melatonin (6) Psikologis, berupa neurosis dan gangguan irama sirkadian (7) Hipersentivitas

2.1.5 Dampak yang dapat ditimbulkan pada SUTT Fenomena khusus yang sering terjadi pada SUTET/SUTT, sering tterjadi kekhawatiran dan kecemasan di kalangan masyarakat yang bertempat tinggal dibawah atau di sekitarnya. Beberapa gejala yang dikemukakan, berkaitan dengan adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh jaringan transmisi tegangan tinggi .


17

Hal ini merupakan fenomena normal, bukan merupakan indikator kondisi yang membahayakan. Fenomena itu antara lain sebagai berikut. 1. Menimbulkan busur cahaya yang jelas terlihat pada malam hari 2. Suara mendesis yang juga jelas terdengar pada malam hari 3. Bulu/ rambut yang berdiri , pada nagian yang terpajan, akibat gaya tarik medan magnet yang kecil. 4. Lampu neon atau tes-pen dapat menyala, tetapi redup. 5. Kejutan lemah pada sentuhan pertama terhadap benda-benda yang mudah menghantarkan listrik, misalnya atap seng, pagar besi,kawat jemuran, badan mobil dan sebagainya. Fenomena SUTET/SUTT ini dapat dijelaskan sebagai berikut. Radiasi elektromagnetik adalah kombinasi medan listrik yang bersilasi dan medan magnet yang merambah lewat ruang dan membawa energy dari satu tempat ke tempat yang lain. Berkaitan SUTET/SUTT , secara teoritis adanya medan listrik dan medan magnet akan mempengaruhi elektron bebas di udara. Pengaruh itu menyebabkan pergerakan electron makin liar dan menimbulkan ionisasi, sehingga lahirlah ion-ion dan electron baru. Pada jaringan kabel tegangan tinggi dan ekstra tinggi, karena arusnya mengalir secara terus-menerus, sehingga ion dan electron akan berlipat ganda, terutama jika gradien teganggannya cukup tinggi. Udara lembab yang terjadi karena adanya pepohonan di bawah transmisi tegangan tinggi ini akan mempercepat terbentuknya pelipatan ion dan electron, yang disebut avalanche. Akibat berlipatgandanya ion dan electron tersebut akan menimbulkan suatu fenomena khas pada SUTET/SUTT, yang dikenal dengan korona, berupa percikan busur cahaya, yang seringkali disertai suara mendesis atau bau khas yang disebut bau ozone. Jadi pada hakikatnya fenomena SUTET/SUTT bukanlah sesuatu yang membahayakan, dan sama sekali tidak menggangu kesehatan. Radiasi elektromagnetik ini terdiri dari berbagai macam jenis yang dikelompokkan

berdasarkan

tinggi

rendahnya

frekuensi

atau

panjang

gelombangnya. Nilai Ambang Batas (NAB) yang ditentukan IRPA, INIRC dan WHO 1990 yaitu sebesar 0,1 mT untuk kuat medan magnet dan 5 kV/m kuat medan listrik. [Badan Standar Nasional, SNI 04-6950-2003. Menurut IRPA


18

(International Radiation Protection Association) danWHO, batasan pajanan kuat medan magnet yang diduga dapat menimbulkan efek biologis, untuk umum adalah 0,5 mili Tesla. Selain itu, UNEP, WHO dan IRPA pada tahun 1987 mengeluarkan suatu pernyataan mengenai nilai rapat arus induksi terhadap efekefek biologis yang ditimbulkan akibat pajanan medan listrik dan medan magnet pada frekuensi 50/60HZ terhadap tubuh manusia sebagai berikut : [IRPA/INIRC Guidelines, 1990] 1. antara 1 dan 10 mA/𝑚2 tidak menimbulkan efek biologis yang berarti, 2. antara 10 dan 100 mA/𝑚2 menimbulkan efek biologis yang terbukti termasuk efek pada sistem penglihatan dan syaraf, 3. antara 100 dan 1000 mA/𝑚2 menimbulkan stimulasi pada jaringan-jaringan yang dapat dirangsang dan ada kemungkinan bahaya terhadap kesehatan dan, 4. di atas 1000 mA/𝑚2 dapat menimbulkan ekstrasistole dan fibrasi ventrikular dari jantung (bahaya akut terhadap kesehatan). Kegiatan ini dilakukan dengan tujuan untuk mensosialisakan pengertian dampak dari medan lisrik dan medan magnet, sehingga masyarakat dapat mengerti dan menanggulangi dari dampak tersebut. Adapun upaya yang dapat kita lakukan untuk mengurangi dampak tersebut adalah . 1. Mengusahakan agar rumah menggunakan langit-langit (plafon) 2. Apabila atap rumah terbuat dari logam atau seng yang berfungsi sebagai penghantar listrik, sebaiknya dilakukan pentahanan (grounding) 3. Apabila atap rumah tidak berbahan logam misalnya genting, asbes atau sirap, usahakan untuk tidak dipergunakan meletakkan bahan logam seperti antenna TV, talang seng dan sebagainya. 4. Semua benda logam, misalnya kawat jemuran, mobil dan sepeda motor yang berada dibawah SUTT , sebaiknya dialirkan ke tanah , agar netral kembali. 5. Apabila terdapat salutan intercom, sedapat mungkin dijauhkan dari SUTT


19

6. Janganlah membuat jemuran yang atasnya bebas sama sekali dari pepohonan.Buatlah jemuran dari kayu, babmbu, tali plastik, dan bukan dari kawat maupun tiang besi 7. Tanamlah sebanyak mungkin pohon disekitar rumah. 8. Sebaiknya tidak berada di luar rumah di bawah SUTT , terutama pada malam hari.Pada saat ini arus yang mengaliri kawat penghantar SUTT lebih tinggi dari siang hari.

2.2

Medan Magnet Magnet adalah suatu obyek yang mempunyai suatu medan magnet. Asal kata

magnet diduga dari kata magnesia. Sekitar 4.000 tahun yang lalu telah ditemukan sejenis batu yang memiliki sifat dapat menarik besi atau baja atau campuran logam lainnya. Benda yang dapat menarik besi atau baja inilah yang disebut magnet. Di dalam kehidupan sehari - hari kata “magnet” sudah sering kita dengar, namun sering juga berpikir bahwa jika mendengar kata magnet selalu berkonotasi menarik benda. Banyak peralatan yang sering digunakan, antara lain bel listrik, telepon, dinamo, alat - alat ukur listrik, kompas yang semuanya menggunakan bahan magnet. Magnet dapat dibuat dari bahan besi, baja, dan campuran logam serta telah banyak dimanfaatkan untuk industri otomotif dan lainnya. Sebuah magnet terdiri atas magnet - magnet kecil yang memiliki arah yang sama (tersusun teratur), magnet - magnet kecil ini disebut magnet elementer. Magnet dapat menarik benda lain, beberapa benda bahkan tertarik lebih kuat dari yang lain, yaitu bahan logam. Namun tidak semua logam mempunyai daya tarik yang sama terhadap magnet. Besi dan baja adalah dua contoh materi yang mempunyai daya tarik yang tinggi oleh magnet. Satuan intensitas magnet menurut sistem metrik Satuan Internasional (SI) adalah Tesla dan SI unit untuk total fluks magnetik adalah weber (1 weber/m 2 = 1 tesla) yang mempengaruhi luasan satu meter persegi. Medan magnet merupakan suatu medan atau ruangan yang dapat menimbulkan gaya pada benda-benda magnet atau partikel bermuatan listrik. Medan magnet merupakan medan tertutup artinya, garis medannya selalu merupakan lingkaran tertutup. Kawat penghantar yang dialiri arus listrik, garis


20

medan magnetnya merupakan lingkaran lingkaran tertutup yang berpusat pada penghantar tersebut. Kuat medan magnet makin melemah jika jarak dari sumber semakin menjauh . Kuat medan magnet mempunyai satuan Tesla . Medan magnet tidak dapat dihalangi oleh benda benda yang tidak permeable seperti tubuh manusia. , bangunan, tanah, dan pepohonan.

Bentuk - bentuk Medan Magnet a. Medan Magnet Pada Kawat Lurus Bentuk garis medan magnet pada kawat panjang yang dialiri arus listrik berbentuk lingkaran konsentris mengelilingi kawat tersebut. Arah dari medan magnetnya tegak lurus terhadap kawat dan searah dengan jari - jari pada tangan kanan yang ditekuk, dan arah arusnya sesuai dengan arah ibu jari dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Garis Medan Magnet Pada Kawat Lurus


21

b. Medan Magnet Pada Kawat Berbentuk Loop Arus listrik yang mengalir pada kawat berbentuk loop menghasilkan medan magnet lebih terpusat pada bagian tengah dibandingkan pada bagian luar loop seperti terlihat pada gambar 2.3.

Gambar 2.3 Medan magnet pada kawat loop

c. Medan Magnet Pada Magnet Batang Medan magnet pada sebuah batang magnet berbentuk garis tertutup. Melalui hasil konvensi, arah medan magnet keluar dari kutub utara (N) menuju kutub selatan (S)dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Medan magnet pada magnet batang


22

d. Medan magnet pada solenoid Solenoid adalah kawat berarus listrik berbentuk loop yang biasanya dililitkan pada inti dari besi sehingga menghasilkan medan magnet. Medan magnet yang seragam dihasilkan pada pusat solenoid, sedangkan medan magnet yang terbentuk diluar solenoid lebih lemah dan divergen dapat di lihat dari gambar 2.5.

Gambar 2.5 Medan magnet pada solenoid

Medan magnet dihasilkan oleh muatan yang bergerak, dan tentu saja termasuk arus listrik. 2.2.1Medan Magnet dari Suatu Muatan Bergerak Medan magnet dapat dihasilkan dari suatu muatan listrik q yang bergerak dengan kecepatan v . Medan magnet yang dihasilkan pada jarak r dari muatan bergerak q adalah sebesar:

B=

̂ 𝜇0 𝑞 (𝑣 𝑥 𝑟) 4𝜋

𝑟2

(2.1)

Dimana 𝜇0 adalah konstanta permeabilitas udara yang besarnya 4𝜋 x 10−7 N/𝐴2 . r merupakan jarak dari muatan terhadap titik di mana medan magnet dapat diukur dan r vector satuan dengan arah tegak lurus permukaan yang dibentuk perkalian vektor v dan r.

Gambar 2.6


23

2.2.2

Medan Magnet Di Sekitar Kawat Berarus Listrik

Karena medan magnet dapat timbul pada muatan yang bergerak, maka dapat dipastikan bahwa kawat berarus listrik akan menimbulkan medan magnet, sebab arus merupakan muatan listrik yang bergerak. Hal ini pertama kali diamati oleh HC.Oersted pada tahun 1820. Arah dari medan magnet dapat dilihat melalui aturan tangan kanan dengan ibu jari menunjuk arah arus listrik dan keempat jari lain yang mengepal menunjukkan arah medan magnet. Besarnya medan magnet bergantung dari bentuk kawat berarus dan dapat dihitung dengan hukum BiotSavart. Untuk kawat berarus, kita hanya menggantikan qv pada persamaan (2.1) diatas dengan elemen arus Idl, karena keduanya identik, sehingga diperoleh: B(P) =

𝜇0 4𝜋

I∫

𝑑𝑙 𝑥 𝑟̂

(2.2)

𝑟2

r adalah jaraksuatu titik dngan kawat berarus. Persamaan (2.2) ini dikenal sebagai Hukum Biot-Savart. Salah satu penggunaan paling sederhana adalah pada kawat lurus:

Gambar 2.7 Pada gambar diatas dl x r akan mengahasilkan dl sin∅ atau dl cos 𝜃 dan 1= z tan 𝜃 sehingga:

dl =

𝑧 sin2 𝜃

d 𝜃 dan z/r = ,𝑐𝑜𝑠𝜃 0 sehingga

1

cos2 𝜃

𝑟

𝑧2

= 2

karena itu medan magnet sejauh z adalah :

B= B=

𝜃 2 cos2 𝜃 𝑧 ( )cos ∫ 2 4𝜋 𝜃 1 𝑧 cos2 𝜃

𝜇0 .𝐼 𝜇0 .𝐼 4𝜋𝑧

(sin𝜃2 +sin𝜃1 )

𝜃. d𝜃 (2.3)


24

Jika dianggap panjang kawat tidak berhingga disbanding z , maka θ1 = 𝜋/2 dan θ2 =+ 𝜋/2 . Karenanya:

B=

𝝁𝟎 . 𝑰

(2.4)

𝟐.𝝅.𝒛

2.2.3 Gaya Gerak Listrik Induksi Gaya gerak listrik induksi ada dalam suatu loop kawat jika terdapat perubahan fluks magnetic yang melalui area yan g dikelilingi loop tersebut. Gaya gerak listrik (ggl) induksi hanya terjadi saat fluks yang melalui area mengalami perubahan, baik bertambah maupun berkurang. Hukum Faraday untuk gaya gerak listrik induksi: Misalnya sebuah kumparan dengan N lilitan mengalami fluks magnetic yang terus berubah melalui kumparannya. Jika perubahan dalam fluks ∆∅𝑀 terjadi dalam waktu ∆𝑡 , maka ggl rata rata induksi antara 2 terminal kumparan ditentukan oleh

𝜖=N

∆∅𝑀

(2.5)

∆𝑡

Gaya gerak listrik ggl 𝜖 diukur dalam volt jika ∆∅𝑀 /∆𝑡 dalam Wb/det. Tanda minus menunjukkan bahwa ggl induksi berlawanan dengan waktu ∆𝑡, maka ggl rata rata induksi berlawanan dengan perubahan yangdisebabkannya, sebagaimana dinyatakan secara umum dalam Hukum Lenz. Hukum Lenz: Suatu ggl induksi selalu memiliki arah yang berlawanan dengan perubahan dalam fluks magnetic yang menghasilkannnya. Sebagai contoh, jika fluks bertambah dalam suatu kumparan, arus yang dihasilkan oleh gglinduksi akan membangkitkan fluks yang cenderung meniadakan fluks yang bertambah ( meskipun umumnya tidak sepenuhnya berhasil). Atau , jika fluks berkurang dalam suatu kumparan , arus tersebut akan menghasilkan sebuah fluks yang cenderung mengembalikan fluks yang makin berkurang ( meskipun umumnya tidak sepenuhnya berhasil). Hukum Lenz adalah konsekuensi dari Kekekalan Energi. Jika tidak demikian, arah induksi akan memperbesar perubahan fluks yang menyebabkannya dan proses akan tetap berlangsung tanpa henti. Gaya Gerak Listrik Bergerak: Ketika sebuah konduktor

bergerak

menembus suatu medan magnet sedemikian sehingga memotong garis-garis


25

medan, maka menurut Hukum Faraday akan terdapat ggl induksi dalam konduktor tersebut. Dalam hal ini,

|𝜀| =

∆∅𝑀

(2.6)

∆𝑡

Simbol |𝜀| berarti bahwa kita hanya peduli dengan besar ggl induksi rata-rata. Gaya gerak listrik (ggl) induksi dalam konduktor lurus dengan panjang L ⃗ tegaklurus terhadap medan magnet B yang bergerak dengan kecepatan 𝐵 ditentukan oleh

|𝜀|=BLv

(2.7)

⃗⃗⃗ 𝑣 , dan kawatnya harus saling tegak lurus. Dimana 𝐵, Dalam hal ini, Hukum Lenz masih memberitahu kita bahwa ggl induksi berlawanan dengan proses. Tetapi kini perlawanan tersebut ditunjukkan dari cara gaya tersebut diinduksikan oleh medan magnet pada arus induksi dalam konduktor. Arah arus harus sedemikian sehingga gaya berlawanan dengan gerak konduktor (meskipunn umumnya tidak sepenuhnya saling meniadakan). Dengan mengetahui arah arus, kita juga mengetahui arah

2.3 Penguat Operasional (Linear Op-Amp) Operasional amplifier(Op-Amp) adalah suatu penguat berpenguatan tinggi yang terintegrasi dalm sebuah chip IC yang memiliki dua input inverting dan noninverting dengan sebuah terminal output, dimana rangkaian umpan-balik dapat ditambhakan untuk mengendalikan karakteristik tanggapan keseluruhan pada operasional amplifier(Op-Amp). Pada dasarnya operasional amplifier (Op-Amp) merupakan suatu penguat diferensial yang memiliki dua input dan 1 output. Op-Amp ini digunakan untuk membentuk fungsi-fungsi linier yang bermacam-macam atau dapat juga digunakan untuk operas-operasi tak linier, dan seringkali disebut sebagai rangkaian terpadu linier dasar. Penguat operasional (Op-Amp) merupakan komponen elektronika analog yang berfungsi sebagai amplifier multiguna dalam bentuk IC.


26

2.4 Penguat Instrumen AD623

Penguat instrumentasi sering digunakan sebagai penguat tegangan yang langsung berasal dari sensor atau transduser. Penguat instrumentasi merupakan penguat lingkar tertutup dengan masukan diferensial, rasio penolakan modus bersama (CMRR) tinggi yakni lebih dari 100 dB, dan penguatannya dapat diatur dengan potensiometer (resistor variabel) tanpa mempengaruhi harga CMRR. Penguat instrumentasi yang bermutu tinggi sudah dibuat dalam bentuk IC yang dalam penggunaannya tidak perlu dipasang rangkaian umpan balik seperti OpAmp. Penguat instrumentasi dapat disusun dengan menggunakan Op-Amp. Mutu penguatannya bergantung pada mutu Op-Amp yang digunakan. Parameter OpAmp yang mempengaruhi mutu penguatan meliputi Offset masukan, Impedansi masukan, drift tegangan keluaran, CMRR, PSRR (power supply rejection 2 ratio), dan sebagainya. CMRR dan ketepatan penguat instrumentasi juga bergantung pada kepresisian dari komponen pasif yang digunakan. AD622 adalah penguat instrumentasi berbiaya murah dan cukup akurat dalam konfigurasi pin tradisional yang membutuhkan hanya satu resistor eksternal untuk mengatur keuntungan antar 2 dan 1000. Untuk mendapatkan 1 keuntungan , tidak memerlukan resistor eksternal. AD622 benar-benar berbeda atau sistem penguat yang juga menyediakan linearitas unggul dan mode-umum penolakan dengan memasukkan presisi laser yang dipangkas. AD622 menggantikan biaya rendah, diskrit, dua atau tiga, penguat instrumentasi dan menawarkan mode-umum penolakan oleh linearitas dan stabilitas suhu. Biaya rendah dari AD622 menghilangkan kebutuhan untuk merancang diskrit penguat instrumentasi untuk memenuhi target biaya yang ketat. Sambil memberikan solusi biaya yang lebih rendah, juga menyediakan kinerja dan ruang perbaikan.


27

2.5 Kumparan Tesla Sebuah kumparan Tesla merupakan sebuah perangkat yang menghasilkan frekuensi tinggi saat ini, tegangan tinggi, tapi relatif kecil intensitasnya. Pada dasarnya, berjalan seperti sebuah transformator dan antenna radio, bahkan jika itu berbeda secara radikal dari ini. Kumparan Tesla dibuat dengan komponen dasar yang terdiri dari trafo yang m;embangkitkan tegangan tinggi sekitar 5-30 kV. Trafo tegangan tinggi ini akan memuati kaasitor primer melalui kumparan primer LP. LP terdiri dari 5 – 20 lilitan kawat tebal yang mempunyai hambatan rendah.

Gambar 2.8 Skema Dasar Kumparan Tesla Ketika C telah termuati maka beda potensial diantara elektoda-elektroda celah udara cukup tinggi sehingga terjadilah aliran arus dan mengakibatkan terjadinya breakdown udara.. Saat spark gap

terhubung, C akan terhubung

dengan parallel dengan LP dan akan membentuk rangkaian resonansi dengan frekuensi resonansi yang besarnya ditentukan oleh nilai CP dan LP. Medan elektromagnet

yang dihasilkan oleh

LP

sebagian akan

terinduksikan ke kumparan sekunder LS. Ujung atas dari LS akan dihubungkan dengan toroid yang mempunyai kapasitansi sekitar 15 – 30 pF sedangkan ujung bawah akan terhubung dengan ground. LS dan toroid cukup dekat dengan frekuensi rangkaian primer maka pada toroid akan terbangkitkan tegangan ekstra tinggi. Dan ketika terjadi discharged pada CP, spark gap akan terbuka dan proses yang sama akan terulang lagi.


28

2.5

Sensor Effect Hall Dari penelitian seorang fisikawan E.H.Hall didapatkan bahwa bukan

elektron yang bermuatan negatif saja yang dapat menghantarkan arus listrik, sebab ternyata ditemukan juga partikel-partikel bermuatan positif yang dikenal dengan sebutan hole yang berfungsi sebagai penghantar arus. Kita dapat menyimpulkan bahwa hole sepenuhnya menyerupai seperti partikel positif. Efek hall dari semikonduktor lebih penting dalam suatu logam, karena disini pembawa arus lebih sedikit sehingga koefisien Hallnya sangat besar dibandingkan dengan logam. Tegangan timbul karena pembawa arus negatif atau posisi dalam logam dibelokkan oleh medan magnet sehingga berkumpul pada masing masing permukaan muatan yang berlawanan.Adanya keadaan lebih positif dan lebih negatif pada permukaan yang bertolak belakang yang menimbulkan beda potensial. Tegangan inilah yang dikenal dengan tegangan Hall. Efek Hall terjadi ketika konduktor pembawa arus dipengaruhi oleh medan magnet, medan magnet menimbulkan gaya pada muatan-muatan yang mengalir pada konduktor sehingga muatan akan dibelokkan sesuai dengan jenis muatannya. Prinsip kerja sensor Hall Effect adalah sebagai berikut. Bila sebuah magnet diletakkan tegak lurus terhadap sepasang keping konduktor, maka tegangan akan muncul pada sisi yang berlawanan dengan konduktor. Tegangan yang muncul ini disebut dengan tegangan Hall. Besar tegangan Hall sebanding dengan arus dan kuat medan magnet. Dengan demikian Efek Hall dapat digunakan untuk mengukur kuat medan magnet.

Gambar 2.9 Tranduser Efek Hall menggunakan sebuah keeping konduktor


29

Bila arus mengalir mengalir melalui bahan semikonduktor, tegangan emf ialah dihasilkan di antara sisi yang lain pada keping semikonduktor tersebut. Kemudian jika terdapat hubungan magnet melalui keping semikonduktor, akan dihasikan tegangan. yang sebanding dengan besar arus dan kuat medan magnet. Bila arah medan magnet melewati bahan semikonduktor pada sisi kanan semikonduktor menyebabkan elektron bergerak menyebar kepusat keping. Perubahan gerak elektron menimbulkan tegangan Hall, umumbya sebesarr 10 milivolt. Penerapan sensor efek hall di industri biasanya digunakan untuk mengukur kecepatan putaran obyek yang bergerak. Setiap kali medan magnet melewati sensor, dihasilkan pulsa keluaran keping semikonduktor yang dihubungkan ke sebuah counter yang menghitung berapa kecepatan putaran motor tersebut. Ketika ada arus listrik yang mengalir pada divais efek Hall yang ditempatkan dalam medan magnet yang arahnya tegak lurus arus listrik, pergerakan pembawa muatan akan berbelok ke salah satu sisi dan menghasilkan medan listrik. Medan listrik terus membesar hingga gaya Lorentz yang bekerja pada partikel menjadi nol. Perbedaan potensial antara kedua sisi divais tersebut disebut potensial Hall. Potensial Hall ini sebanding dengan medan magnet dan arus listrik yang melalui divais.


30

2.6

Arduino UNO Arduino UNO adalah sebuah board mikrokontroler yang didasarkan pada

ATmega328 (datasheet). Arduino UNO mempunyai 14 pin digital input/output (6 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 6 input analog, sebuah osilator Kristal 16 MHz, sebuah koneksi USB, sebuah power jack, sebuah ICSP header, dan sebuat tombol reset. Arduino UNO memuat semua yang dibutuhkan untuk menunjang mikrokontroler, mudah menghubungkannya ke sebuah computer dengan sebuah kabel USB atau mensuplainya dengan sebuah adaptor AC ke DC atau menggunakan baterai untuk memulainya.

Gambar 2.10

Board Arduino ATMega 328

Arduino memiliki kelebihan tersendiri disbanding board mikrokontroler yang lain selain bersifat open source, arduino juga mempunyai bahasa pemrogramanya sendiri yang berupa bahasa C. Selain itu dalam board arduino sendiri sudah terdapat loader yang berupa USB sehingga memudahkan kita ketika kita memprogram mikrokontroler didalam arduino. Sedangkan pada kebanyakan board mikrokontroler yang lain yang masih membutuhkan rangkaian loader terpisah untuk memasukkan program ketika kita memprogram mikrokontroler. Port USB tersebut selain untuk loader ketika memprogram, bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial.


31

Arduino menyediakan 20 pin I/O, yang terdiri dari 6 pin input analog dan 14 pin digital input/output. Untuk 6 pin analog sendiri bisa juga difungsikan sebagai output digital jika diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program. Dalam board kita bisa lihat pin digital diberi keterangan 0-13, jadi untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada keterangan board 0-5 kita ubah menjadi pin 14-19. dengan kata lain pin analog 0-5 berfungsi juga sebagi pin output digital 14-16. Sifat open source arduino juga banyak memberikan keuntungan tersendiri untuk kita dalam menggunakan board ini, karena dengan sifat open source komponen yang kita pakai tidak hanya tergantung pada satu merek, namun memungkinkan kita bisa memakai semua komponen yang ada dipasaran. Bahasa

pemrograman

arduino

merupakan

bahasa

C

yang

sudah

disederhanakan sintax bahasa pemrogramannya sehingga mempermudah kita dalam mempelajari dan mendalami mikrokontrol. Berikut ini adalah konfigurasi dari arduino duemilanove 328 : • Mikronkontroler ATmega328 • Beroperasi pada tegangan 5V • Tegangan input (rekomendasi) 7 - 12V •Batas tegangan input 6 - 20V • Pin digital input/output 14 (6 mendukung output PWM) • Pin analog input 6 • Arus pin per input/output 40 mA • Arus untuk pin 3.3V adalah 50 mA • Flash Memory 32 KB (ATmega328) yang mana 2 KB digunakan oleh bootloader • SRAM 2 KB (ATmega328) • EEPROM 1KB (ATmega328) • Kecepatan clock 16 MHz


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents