BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Saluran Transmisi merupakan media yang digunakan untuk

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:


 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


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.


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)


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,


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.


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.


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].




(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


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

Reduksi sel dari aluminium oksida untuk aluminium

KULIT BAJA

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


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].


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.

IS

jX

R

+

+

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)


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 


jX

R

IS

IR

+

+

Z

Beban VR

Y/2

Y/2

Vs

-

-

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)


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:


∆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=

𝑃𝑃

√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 =

𝑃𝑃 2 R

2

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

𝑉𝑉𝑟𝑟 𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 2 ϕ

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].


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] : 𝑙𝑙

R = ρ 𝐴𝐴(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


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

𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺 𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺

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.


LINE 1

LINE 2

1C

d1C-2C

2C

d1CB

d1CA

d2CB

1B

d1B-2B

2B

d1BA

d2CA

d2B-2A

1A

d1A-2A

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


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

GMD = 13�𝑑𝑑1𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑑𝑑1𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑑𝑑1𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑑𝑑1𝐴𝐴2𝐴𝐴 𝑑𝑑1A2B 𝑑𝑑1B2A 𝑑𝑑1B2B 𝑑𝑑1𝐵𝐵2𝐶𝐶 𝑑𝑑1𝐶𝐶2𝐵𝐵 𝑑𝑑1𝐶𝐶2𝐶𝐶 𝑑𝑑2𝐴𝐴𝐴𝐴 𝑑𝑑2𝐵𝐵𝐵𝐵 𝑑𝑑2𝐶𝐶𝐶𝐶

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

dan GMR untuk penghantar dua berkas adalah 4

GMR = �(𝑟𝑟1 ′ )2 𝑑𝑑1𝐴𝐴2𝐶𝐶 𝑑𝑑1𝐶𝐶2𝐴𝐴 ................................................................(2.20) dimana,

𝑟𝑟1 ′= 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].


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].


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 = �𝑃𝑃2 + 𝑄𝑄 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]: 𝑃𝑃

𝑃𝑃

Faktor daya (cos φ) = 𝑉𝑉⋅ 𝐼𝐼 = 𝑆𝑆 ........................................................(2.27)


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:

𝑉𝑉𝑉𝑉−𝑉𝑉𝑉𝑉 𝑉𝑉𝑉𝑉

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


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


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].


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

0,90 − 0,94

4

Kawat lilit 7

0,82 − 0,87

5

Kawat lilit 19 - 61

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 =

30 2/3 0,301 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 𝐸𝐸 𝑟𝑟 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙

Dimana,

𝐷𝐷 𝑟𝑟

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

E = tegangan phasa (kV)


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]: 𝑃𝑃 =

𝐴𝐴

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], 𝑃𝑃

η = 𝑃𝑃𝑟𝑟 x 100% .........................................................................................(2.33) 𝑠𝑠

Atau, η = 𝑃𝑃

𝑟𝑟

𝑃𝑃𝑟𝑟

+ 𝑃𝑃𝑠𝑠

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

Dimana,

Pr = daya yang diterima (kW)


Ps = daya yang dikirimkan (kW) PH = hilang daya (kW) Daya guna transmisi rata-rata tahunan dinyatakan oleh, 𝑈𝑈

ηT = 𝑈𝑈𝑟𝑟𝑟𝑟 x 100% .....................................................................................(2.35) 𝑠𝑠𝑠𝑠

Atau,

ηT = 𝑈𝑈

𝑈𝑈𝑟𝑟𝑟𝑟

𝑠𝑠𝑠𝑠

+ 𝑈𝑈 𝐻𝐻𝐻𝐻

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.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Saluran Transmisi merupakan media yang digunakan untuk

Recommend Documents