TUGAS AKHIR PENGARUH IMPEDANSI SURJA PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI TERHADAP TEGANGAN LENGAN MENARA Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan pendidikan sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : WINDY ROLAND TOBING NIM : 050402095 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
PENGARUH IMPEDANSI SURJA PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI TERHADAP TEGANGAN LENGAN MENARA Oleh Windy Roland Tobing NIM : 050402095 Dosen Pembimbing I, Disetujui oleh : Dosen Pembimbing II, Ir. Bonggas L. Tobing Ir. Zulkarnaen Pane NIP : 194708171975031002 NIP : 195707201983031001 Diketahui oleh : Pelaksana Tugas Harian Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Prof. DR. Ir. Usman Ba afai NIP : 194610221973021001 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2010
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus atas kasih dan penyertaan-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul : PENGARUH IMPEDANSI SURJA PEMBUMIAN MENARA TRANSMISI TERHADAP TEGANGAN LENGAN MENARA Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga diselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Ir. Bonggas L. Tobing sebagai Dosen Pembimbing Utama dan Ir. Zulkarnaen Pane sebagai Dosen Pembimbing Kedua Tugas Akhir penulis yang sangat besar bantuannya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. 2. Bapak Ir. Kasmir Tanjung sebagai Dosen Wali penulis selama menyelesaikan pendidikan di kampus USU. 3. Bapak Prof. Dr. Ir. Usman Baafai sebagai Pelaksana Tugas Harian Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT sebagai Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik. 5. Seluruh Staff Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro FT-USU.
6. Kedua orang tua Bistok Tobing dan Roida br. Tampubolon dan adik penulis Paul dan Fernando yang tidak pernah berhenti memberi dukungan, semangat dan doanya kepada penulis dengan segala pengorbanan dan kasih sayang yang tidak ternilai besarnya. 7. Teman-teman stambuk 05 yang tidak bisa penulis sebutkan namanya satu persatu, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan. 8. Teman seperjuangan dari Jl. Pembangunan terkhusus buat Marhon, Lamringan dan Hans selama 4 tahun lebih bersama-sama. 9. Teman terbaik Aron, Ester, Golda, Goldy, Grace, Gusty, Jonathan, Marhon, Tiurmaida. 10. Yang terkasih Grace Sinaga yang selalu memberi semangat, dukungan yang intens dan doanya buat selesainya Tugas Akhir ini. Penulis meyadari bahwa Tugas Akhir ini masih banyak kekurangannya. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan. Akhir kata semoga Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Medan, April 2010 Penulis Windy Roland Tobing
ABSTRAK Petir yang menerpa kawat tanah saluran transmisi menimbulkan tegangan lebih surja berupa gelombang berjalan yang merambat dari titik sambaran menuju menara transmisi selanjutnya akan merambat sampai ke pembumian menara tersebut. Adanya perbedaan impedansi surja pembumian menara dengan impedansi surja menara menyebabkan gelombang ini akan dipantulkan kembali ke puncak menara. Kemudian dari puncak menara gelombang tegangan surja dipantulkan lagi ke pembumian menara. Dengan demikian akan terjadi pantulan berulang di pembumian dan puncak menara. Pantulan-pantulan gelombang ini akan membuat tegangan pada lengan menara naik. Dalam Tugas Akhir ini akan dipaparkan bagaimana pengaruh impedansi surja pembumian terhadap tegangan lengan menara. Untuk melihat hal ini diadakan studi kasus pada Menara No. 4 milik PT PLN Transmisi 150 kv Titi Kuning Berastagi. Diperoleh bahwa dengan memperpanjang elektroda hingga 20 meter, tegangan pada lengan menara dapat diturunkan 32,36%. Dengan menambah jarak pemisah antar elektroda menjadi 9,926 meter, tegangan lengan menara dapat diturunkan 88,03%.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN... 1 I.1 Latar Belakang... 1 I.2 Tujuan dan Manfaat Penelitian... 2 I.3 Batasan Masalah... 2 I.4 Metodologi Penelitian... 3 I.5 Sistematika Penulisan... 4 BAB II IMPEDANSI SURJA MENARA DAN PEMBUMIAN... 6 II.1 Umum... 6 II.2 Metode Pembumian Menara Transmisi... 7 II.2.1 Driven Ground... 8 II.2.2 Counterpoise... 9 II.3 Impedansi Surja Menara... 9 II.4 Impedansi Surja Elektroda Pembumian Menara... 10
BAB III TEGANGAN LENGAN MENARA... 14 III.1 Umum... 14 III.2 Teori Gelombang Berjalan... 14 III.2.1 Teori Gelombang Berjalan pada Titik Peralihan... 15 III.2.2 Bentuk dan Spesifikasi Gelombang Berjalan... 18 III.3 Menghitung Tegangan Lengan Menara... 20 BAB IV PERHITUNGAN TEGANGAN LENGAN MENARA PADA MENARA NOMOR 4 TRANSMISI TITI KUNING - BERASTAGI... 25 IV.1 Umum... 25 IV.2 Perhitungan Impedansi Surja Elektroda Pembumian Menara... 26 IV.2.1 Perhitungan Impedansi Surja Pembumian untuk Berbagai Panjang Elektroda Pembumian... 28 IV.2.2 Perhitungan Impedansi Surja Pembumian untuk Berbagai Jarak Pemisah antar Elektroda Pembumian... 29 IV.3. Perhitungan Tegangan Lengan Menara... 31 IV.3.1 Perhitungan Tegangan Lengan Menara untuk Berbagai Panjang Elektroda Pembumian... 35 IV.3.2 Perhitungan Tegangan Lengan Menara untuk Berbagai Jarak Pemisah antar Elektroda Pembumian... 36 IV.4 Analisa Data... 38
IV.4.1 Pengaruh Panjang Elektroda Pembumian terhadap Impedansi Surja Pembumian... 38 IV.4.2 Pengaruh Jarak Pemisah antar Elektroda Pembumian terhadap Impedansi Surja Pembumian... 40 IV.4.3 Pengaruh Panjang Elektroda terhadap Tegangan Lengan Menara... 42 IV.4.4 Pengaruh Jarak Pemisah antar Elektroda Pembumian terhadap Tegangan Lengan Menara... 44 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 46 V.1 Kesimpulan... 46 V.2 Saran... 46 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR 2.1. Bentuk menara dan konfigurasi penghantar transmisi hantaran udara... 6 2.2. Penampang menara transmisi... 9 2.3. Rangkaian ekivalen impedansi surja pembumian satu elektroda batang... 11 3.1. Perubahan impedansi pada titik peralihan... 15 3.2. Titik peralihan... 16 3.3. Spesifikasi gelombang berjalan... 18 3.4. Gelombang kilat tipikal... 19 3.5. Gambar potongan saluran transmisi... 21 3.6. Diagram tangga untuk menghitung tegangan lengan menara... 24 4.1. Kurva impedansi surja pembumian menara sebagai fungsi waktu... 27 4.2. Kurva impedansi surja pembumian untuk berbagai panjang elektroda pembumian... 30 4.3. Kurva impedansi surja pembumian untuk berbagai jarak pemisah antar elektroda pembumian... 30 4.4. Diagram tangga untuk menghitung tegangan lengan menara... 33 4.5. Bentuk tegangan surja di lengan menara... 34 4.6. Tegangan lengan menara untuk berbagai panjang elektroda pembumian... 37 4.7. Tegangan lengan menara untuk berbagai jarak pemisah antar elektroda pembumian... 37
4.8. Kurva hubungan panjang elektroda dengan impedansi surja pembumian menara pada t = 1 μs... 39 4.9. Kurva hubungan jarak pemisah antar elektroda dengan impedansi surja pembumian menara pada t = 1 μs... 40 4.10. Kurva hubungan panjang elektroda dengan tegangan lengan menara pada t = 1 μs... 42 4.11. Kurva hubungan jarak pemisah antar elektroda dengan tegangan lengan menara pada t = 1 μs... 44
DAFTAR TABEL 4.1. Impedansi surja pembumian menara sebagai fungsi waktu... 27 4.2. Impedansi surja pembumian menara untuk berbagai panjang elektroda pembumian... 28 4.3. Impedansi surja pembumian menara untuk berbagai jarak pemisah antar elektroda pembumian... 29 4.4. Tegangan Lengan Menara... 32 4.5. Tegangan lengan menara untuk berbagai panjang elektroda pembumian... 35 4.6. Tegangan lengan menara untuk berbagai jarak pemisah antar elektroda pembumian... 36 4.7. Hubungan panjang elektroda dengan impedansi surja pembumian menara pada t = 1 μs... 38 4.8. Persentase penurunan impedansi surja pembumian pengaruh penambahan panjang elektroda pembumian... 39 4.9. Hubungan jarak pemisah antar elektroda dengan impedansi surja pembumian menara pada t = 1 μs... 40 4.10. Persentase penurunan impedansi surja pembumian pengaruh penambahan jarak pemisah elektroda pembumian... 41 4.11. Hubungan panjang elektroda dengan tegangan lengan menara pada t = 1 μs... 42 4.12. Persentase penurunan tegangan lengan menara pengaruh penambahan panjang elektroda pembumian... 43
4.13. Hubungan jarak pemisah antar elektroda dengan tegangan lengan menara pada t = 1 μs... 44 4.14. Persentase penurunan tegangan lengan menara pengaruh penambahan jarak pemisah antar elektroda pembumian... 45