ANALISIS PENGARUH KELEMBABAN UDARA TERHADAP KUAT MEDAN LISTRIK DI SEKITAR SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI. Rio Sandi *)

Transkripsi

1 ANALISIS ENGARUH KELEMAAN UDARA TERHADA KUAT MEDAN LISTRIK DI SEKITAR SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI (SUTT) 5 kv QUADRULE Rio Sandi *) *) rogram Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura Rahasiaku93@yahoocom Abstrak Dalam skripsi ini telah dilakukan penelitian pengaruh kelembaban udara terhadap kuat medan listrik yang ditimbulkan saluran udara tegangan tinggi (SUTT) Metode yang digunakan adalah pengukuran dilapangan menggunakan alat ukur HI-364 ELF Field dan perhitungan dengan metode muatan bayangan Lokasi penelitian adalah dibawah saluran udara tegangan tinggi (SUTT) 5 kv quadruple di tanjung gundul, kab engkayang Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi kelembaban udara semakin rendah kuat medan listrik Hal ini disebabkan karena dalam perhitungan kondisi kelembaban udara dinyatakan dengan nilai permittivitas udara yang konstan, yaitu (ε r=) Sedangkan dalam kondisi sebenarnya, permitivitas udara dapat berubah-ubah dan dipengaruhi oleh titik-titik air di udara Kata kunci : Konfigurasi SUTT, kuat medan listrik, metode bayangan Abstract In this thesis has been research the effect of air humidity on the electric field strength generated high voltage overhead line The method used is the field measurements using measuring devices HI-364 ELF Field and calculation used shadows charge method The location of research is under high voltage overhead line 5 kv quadruple in Tanjung Gundul, kab engkayang The results showed that the higher the humidity the electric field strength will be lower This is because in the calculation of the air humidity conditions stated by air ermittivity constant value, ie (ε r = )Whereas in actual conditions, the air permittivity can be fickle and is influenced by water droplets in the air Keywords: SUTT configuration, electric field strength, the shadow method endahuluan Untuk menunjang suplai energi listrik oleh sebuah pembangkit energi listrik maka sangat diperlukan sebuah saluran penghantar yang ideal untuk penyaluran ke konsumen Saluran penghantar tersebut adalah saluran transmisi yang di desain khusus, baik daribahan maupun konstruksi jaringan agar tetap mampu bekerja dengan baik dan tahan lama Dalam saluran transmisi energi listrik yang disalurkan akan mengalami banyak rugirugi daya yang terbuang di sepanjang saluran transmisi Untuk mengatasi hal tersebut maka penyaluran dari pembangkit digunakan transmisi dengan kapasitas tegangan yang tinggi emakaian tegangan tinggi ini selain mengurangi rugi rugi daya, juga menghasilkan medan listrik yang tinggi disekitar kawat penghantar Sampai saat ini masih banyak penelitian dampak-dampak yang ditimbulkan oleh medan elektrik di bawah saluran tegangan tinggi dan sebuah asosiasi IRA (International Radiation rotection Association) telah mengeluarkan suatu rekomendasi bahwa pemaparan medan elektrik dengan intensitas sampai 5 kv/m tidak menimbulkan bahaya terhadap kesehatan manusia Tinjauan ustaka Koefisien otensial, kapasitansi dan Induktansi Maxwell Untuk sistem bebas Q + Q + Q + + Q n = Q dieliminasi dari

2 persamaan potensial Apabila persamaan potensial dituliskan dengan konduktor sebagai referensi bersama maka : V Q Q nq n V Q Q nq n V n 3Q 3Q 3nQ n atau [ V ] = [ ] [ Q ] Dimana [ V ] = [ V, V,, Vn ] V 3 Q /π V 3 Q/π V n Q3/π Dimana matriks koefisien potensial Maxwell [] adalah : Apabila matriks [ ] pada persamaan diinverskan didapatkan matriks [ ] dengan persamaan sebagai berikut : 3 3 = [ ] = Dari persamaan diatas adalah konstanta yang harganya ditentukan oleh [ ] = [ ] - 4 entuk Konfigurasi Jaringan entuk konfigurasi, yaitu konfigurasi horizontal, vertikal dan delta Untuk sirkuit tunggal masing-masing terdiri dari 3 (tiga) penghantar yang terpisah satu sama lain, sedangkan untuk sirkuit ganda terdiri dari 6 (enam) penghantar yang terpisah satu sama lain dan untuk sistem transmisi quadruple terdiri dari (dua belas) penghantar terpisah satu sama lain Untuk sistem transmisi 5 KV, bentuk konfigurasi jaringan adalah ganda vertikal dengan dimensi R = R, S = S, T = T Kuat Medan Elektrik Kuat medan elektrik disuatu titik didefenisikan sebagai gaya persatuan muatan pada suatu muatan percobaan yang dibuat sekecil mungkin dibandingkan dengan muatan lain yang membentuk sistem Secara matematis persamaannya adalah sebagai berikut : Lim Ft E qt qt Dimana : Ft = gaya pada suatu muatan q t qt =muatan yang cukup kecil dengan tidak mempengaruhi distribusi muatan yang menghasilkan medan E 3 Metode Muatan ayangan Jadi konduktor merupakan bagian medan equipotensial Maka apabila dalam medan bidang-bidang equipotensial diganti dengan permukaan konduktor, maka tidak akan terjadi perubahan dalam medannya Sebab syarat-syarat yang dipunyai oleh bidang-bidang equipotensial pun dimiliki oleh konduktornya (equipotensial garis-garis gaya memotong dalam arah tegak lurus) Gambar entuk Konfigurasi Jaringan Keterangan gambar Sxx = jarak antara penghantar nyata x dan x Ixy = jarak antara penghantar nyata x dan penghantar bayangan y Dimana x = penghantar nyata Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf, Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf x = penghantar nyata Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf, Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf y = penghantar bayangan Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf, Qa, Qb, Qc, Qd, Qe, Qf

3 maka langkah perhitungannya adalah sebagai berikut : R = Sin( ) R Eq = R N N Dimana : = Jarak erkas R = Radius erkas r = Jari-jari N = Jumlah kawat berkas Tegangan untuk setiap konduktor dalam bentuk matrik, untuk I =,,,n adalah : [V] = [V,V,,V n] Q Q, Q,, Q n ii = Hi Untuk I j I ij = ij Sij Sehingga didapatkan persamaan untuk quadruple vertikal V 3 V 3 V V 3 Atau, [V]=[] Dimana [] matriks koefesien potensial Maxwell Atau : = Ha, Iba Sba Ica Sca Ia' a Sa' a Iab Sab Hb, Icb Scb Ia' b Sa' b Iac Sac Ibc Sbc Hc, Ia' c Sa' c Ifa' Saa' Ifa' Sca' Ifa' Ica' Hf' Apabila matriks [] diiverskan diperoleh persamaan matriks [] dengan persamaan berikut: 3 3 r R =[]= N 3 Langkah II : erhitungan resultan medan dari titik-titik pengukuran E vi=e v+e v = qi y y y y (komponen Di ( Di ') vertikal) E hi=e h E h = (komponen qi x ) D i ( D ' ( x i ) horizontal) Oleh n penghantar fasa didapatkan : E vn = E hn = n E vi i n E hi i ; n = 3 (komponen vertikal) ; n = 3 (komponen horizontal) Katakanlah Jh = ( x x i) Di ( Di ') K i = y y i y yi Di ( Di ') D i = (x xi) + (y yi) D i = (x xi) + (y + yi) Langkah III ersamaan Koefesien otensial Maxwell dalam sistem 3 fasa adalah : q q q q3 = q 3 V 3 3 V Vmsin( wt) o Vmsin( wt ) o 3 Vmsin( wt ) Vmsin( wt Diperoleh : Komponen horizontal total oleh 3 penghantar fasa : Ehn = Eh + Eh + Eh 3 Ehn = Vm [Jh sin(wt + ) + Jh sin(wt + - o ) + Jh 3 sin(wt + + o )] Dimana : Jh = [J ( ) + J (+ 4+7+) + J3 ( ) +J4( )+J5( )+J6( )+J7( )+J8( )+J9( )+J(+4+7+

4 )+J(+4+7+)+J( +4+7+)] Dalam bentuk fasor : Ehn = Vm [Jh + Jh - o + Jh 3 + o ] Magnitude komponen horizontal adalah : Ehn = Vm Jh Dengan cara yang sama dapat dicari komponen vertikal : Evn = Vm Kv Dimana : Kv = ( Kv + Kv + Kv 3 Kv Kv Kv Kv 3 Kv 3Kv ) / Kv = [K (+4+7+) + K (+ 4+7+) + K3 ( ) +K4( )+K5( ) + K6 ( ) +K7( )+K8( )+K9( )+K( +4+7+)+K(+4+ 7+)+K(+4+7+)] Maka medan elektrik total di titik A (x,y) adalah : Etn = (Ehn + Evn ) / 3 SESIFIKASI SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI 5 kv QUADRULE TANJUNG GUNDUL 3 Saluran Transmisi Saluran transmisi udara tegangan tinggi 5 kv Quadruple Tanjung Gundul bekerja pada tegangan 5 kv Saluran transmisi ini merupakan saluran Quadruple vertikal penghantar tunggal dengan panjang saluran 8,64 km Adapun komponen-komponen utama dari saluran transmisi adalah menara / tower, isolator, kawat phasa dan kawat tanah 3 Menara Jumlah menara sebanyak 7 buah, tinggi menara - adalah 48,8 m dan jarak - antara gawang adalah 3 m Model menara untuk saluran transmisi udara tegangan tinggi 5 kv Tanjung Gundul adalah model menara saluran doublé vertical seperti yang di tunjukkan pada gambar Sumber :T LN (ersero) Unit embangkit Konstruksi dan jaringan Kalimantan Gambar 3 Menara Transmisi 5 kv Quadruple Tanjung Gundul 33 Isolator Jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi 5 kv Quadruple Tanjung Gundul adalah jenis isolator suspensión 46 x 54 mm denganjumlah rentengan sebanyak unit dan panjang seluruh rentengan adalah 78 m Seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut: Sumber : T LN (ersero) Unit embangkit Konstruksi dan Jaringan Kalimantan Gambar 3 Isolator Gantung Jenis Suspension 34 Kawat hasa Untuk saluran transmisi tegangan tinggi, dimana jarak antara menara cukup jauh (ratusan meter), maka dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi Untuk itu digunakan konduktor ACSR ( Aluminium Conductor Stell

5 Reinforced ) dengan penampang 4/4 mm dan diameter,9 mmyang terdiri dari inti serat baja ditengah, yang dikelilingi oleh lapisanlapisan dari serat aluminium Jumlah kawat perphasa masing-masing buah Jarak kawat phasa antara satu sama lain adalah 5 m seperti yang ditunjukkan dalam gambar 3 dengan andongan - 8,767 m 35 Kawat Tanah Jenis kawat tanah yang digunakan adalah Ground Steel Wire (GSW) dengan diameter 9 mm Jumlah kawat tanahnya adalah buah 4 HASIL ERHITUNGAN ENGUKURAN DAN ANALISA 4 Metode erhitungan Metode perhitungan kuat medan listrik 5 kv quadruple yang dilakukan dalam perhitungan ialah menggunakan metode muatan bayangan Muatan imajiner ini besarnya sama dengan muatan sebenarnya tetapi berlawanan tanda dan terletak pada jarak yang sama dengan jarak muatan sebenarnya dari permukaan tanah Titik uji perhitungan yaitu pada ketinggian atau vertical dengan nilai (y=,,, 3 meter) dari atas tanah dan horizontal (x=,,, 3, 4, 58, 6, 7, 8, 9, ) untuk sisi kanan dan untuk sisi kiri (x= -, -, -3, -4, -58, -6, -7, -8, -9, -) Di dalam perhitungan dilakukan dengan bantuan software Matlab dengan menghitung kuat medan pada satu sisi kanan saja Dimana nilai medan pada sisi kiri dianggap simetris pada sisi kanan 4 Hasil erhitungan Kuat Medan Listrik ada SUTT 5 kv Quadruple Kuat Medan Listrik (kv/m) Jarak (m) y = meter y = meter Gambar 4 Grafik Hasil erhitungan Kuat Medan Listrik SUTT 5 kv Quadruple 43 Hasil engukuran Kuat Medan Listrik ada SUTT 5 kv Quadruple Kuat Medan Listrik Jarak (m) kelembaban 59 % 5 kelembaban 5 % kelembaban 84 % Gambar 4 Grafik Hasil engukuran Kuat Medan Listrik 5 kv Quadruple 44 erbandingan Hasil erhitungan dan Hasil engukuran Kuat Medan Listrik ada SUTT 5 kv Quadruple Kuat Medan Listrik (kv/m) Jarak (m) hasil perhitungan kelembaban 59 % kelembaban 5 % kelembaban 84 % Gambar 43 Grafik Hasil erhitungan dan engukuran Kuat Medan Listrik SUTT 5 kv Quadruple dengan Ketinggian (y= meter) Diatas ermukaan Tanah Dari Gambar 44 dapat dilihat antara hasil pengukuran dan perhitungan berbeda, baik bentuk maupun hasiya Hasil pengukuran terlihat dipengaruhi oleh kelembaban udara Gambar 45 berikut memperlihatkan hubungan antara kuat medan listrik dan kelembaban udara,

6 dimana semakin tinggi kelembaban udara semakin rendah kuat medan listrik Kuat Medan Listrik (kv/m) Kelembaban Udara (%) Gambar 44 Grafik Kelembaban Udara Terhadap Kuat Medan Listrik Hasil engukuran Sementara, dalam perhitungan kondisi kelembaban udara dinyatakan dengan nilai permittivitas udara yang konstan, yaitu (εr=) Sedangkan dalam kondisi sebenarnya, permitivitas udara dapat berubah-ubah dan dipengaruhi oleh titik-titik air di udara Jadi, kuat medan listrik yang sebenarnya dapat diperoleh dengan menggunakan hubungan berikut: εᵣpeng = Eperh didapat dari hasil perhitungan, sedangkan Epeng didapat dari hasil pengukuran, dengan menggunakan hasil tersebut, maka εᵣpeng dapat dihitung dan hasiya ditunjukkan pada Tabel berikut: Tabel 4 Hasil erhitungan ermittivitas udara sebenarnya Kelembaban 5% Kelembaban 59% Kelembaban 84% Hasil erhitungan Epeng εr Epeng εr Epeng εr Eperh εr 84 58, Kesimpulan y = -97x R² = 965 Dari hasil pengukuran dan perhitungan kuat medan listrik di bawah jaringan SUTT 5 kv quadruple ternyata nilainya dipengharuhi oleh kelembaban udara Semakin tinggi kelembaban udara semakin rendah kuat medan listrik dibawah jaringan SUTT 5 kv quadruple Karena distribusi kuat medan listrik yang dihasilkan bersifat simetris dan jika hasil kuat medan listrik tersebut dicerminkan akan menghasilkan harga yang sama 3 Untuk memperhitungkan pengaruh kelembaban udara dalam perhitungan medan listrik, maka medan hasil pengukuran yang menggunakan nilai permittivitas relatif harus dibagi dengan nilai permittivittas relatif udara yang sebenarnya 4 ermittivitas udara yang sebenarnya dapat dihitung menggunakan persamaan 44 6 Daftar ustaka A Arismunandar, 975, Teknik Tegangan Tegangan Tinggi, Ghalia Indonesia John Wiley And Sons, 986, Extra High Voltage AC Transmission Engineering, New Delhi 3 Chi Sen Liang/Au Kong Jin, 996, Aplikasi Elektromagnetik, Jilid I dan Jilid II, Erlangga, Jakarta 4 William H Hayt, JR, Elektromagnetika Teknologi, Jilid I dan Jilid II, Alih ahasa : The Houw Liong, hd, IT, Erlangga, Jakarta, Suhadi, DKK, 8, Teknik Distribusi Tenaga Listrik, Jilid, Jilid dan Jilid 3, Direktorat embinaan Sokolah Menengah Kejuruan 6 Duanne Hanselman dan ruce Littlefield,, Matlab ahasa Komputasi Teknis, Yogyakarta 7 Anita Setia Dewi, 999/, erhitungan Kuat Medan Elektrik Di awah Saluran Transmisi 5 kv Menggunakan Metode Muatan ayangan, Skripsi Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura 8 Syarif Nurzaman, 7, Studi Analisa Medan Elektrik ada Saluran Transmisi Tegangan Tinggi 5 kv Sei Raya- Siantan TLN (ersero) Wilayah V Kalimantan arat, Skripsi Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura 9 Zuhdi, Muhammad 3 Laporan Tugas Akhir engaruh Kelembaban Dan Temperature Udara Terhadap Kuat Medan Listrik Dan Medan Magnet Di awah Saluran Udara Tegangan Tinggi 5 kv Jogjakarta: Universitas Gajah Mada