BAB II TEORI DASAR GELOMBANG BERJALAN DAN PEMBUMIAN (PENTANAHAN) 2.1 Gelombang Berjalan Teori gelombang berjalan pada kawat transmisi telah disusun secara intensif sejak tahun 1910, terlebih-lebih dalam 1930-an. Persoalan gelombang berjalan ini sangat sukar, sehingga harus diadakan banyak penyederhanaan supaya dapat dipergunakan untuk keperluan teknik. Pada saat ini gelombang berjalan telah diselidiki pada : a. Kawat Tunggal b. Kawat Majemuk c. Kecepatan mejemuk dari gelombang berjalan Bagian terbesar dari suatu mengenai gangguan pada sistem ialah teori gelombang berjalan, yaitu mengenai sumber gelombang, karakteristik serta keadaan pada titik peralihan dari transmisi. 2.2 Sumber-Sumber Gelombang Berjalan Sampai saat ini sebab-sebab dari gelombang berjalan yang di ketahui ialah : a. Sambaran kilat secara langsung pada kawat fasa b. Sambaran kilat tidak langsung pada kawat fasa (Induksi)
c. Operasi hubung (Switching Operation) d. Gangguan-gangguan pada sistem oleh berbagai kesalahan e. Tegangan steady state Semua macam sebab-sebab ini menimbulkan surja (surge) pada kawat fasa disebabkan oleh kelebihan energi secara tiba-tiba pada kawat. Energi ini merambat pada kawat fasa, sama halnya seperti kita melemparkan batu pada air yang tenang pada sebuah kolam. Energi yang merambat ini terdiri dari arus dan tegangan. Kecepatan merambat gelombang berjalan tergantung dari konstantakonstanta kawat fasa. Pada kawat hantaran udara, kecepatan merambat ini kirakira 1000ft/µ sec, jadi sama dengan kecepatan cahaya. Pada kabel tanah kira-kira 500 ft/ µ sec. Dengan sendirinya segala macam diskontinuitas pada transmisi tidak mempunyai efek pada gelombang, sebelum gelombang mencapainya. Tetapi bila gelombang mencapai titik peralihan, terjadi perubahan gelombang sehingga terdapat sedikit perbedaan dengan gelombang semula. Kecepatan Merambat Apabila suatu gelombang energi listrik merambat sepanjang kawat fasa dengan konstanta L dan C, maka gelombang tegangan dengan arus merambat dengan kecepatan yang sama. Kedua besaran ini dihubungkan oleh suatu factor proposional yaitu karakteristik fasa itu.
Gambar 2.1 Kawat Transmisi dengan batere Bila gelombang tegangan E sampai pada titik a, maka arus yang bersamaan dari tegangan itu akan mengisi kapasitor C pada tegangan E. Muatan yang dibutuhkan untuk menaikan tegangan pada satu satuan panjang sama dengan CE. Bila kecepatan merambat gelombang itu v cm/detik, maka jumlah muatan yang dibutuhkan untuk mengisi kawat sepanjang v cm tiap detik sama dengan C E v. Muatan ini diberikan oleh arus uniform yang mengalir pada kawat, dan memberikan muatan C E v dalam satu detik dibutuhkan arus sebesar : I = C E v......................................... (2.1) Bila gelombang itu merambat sejauh x cm, maka energi elektrostatik pada bagian ini (x cm) ialah: Wc = ½ C x E 2..................................... (2.2)
Bila L sama dengan induktansi kawat per cm, maka dalam waktu yang sama, energi elektromagnetik pada kawat sepanjang x itu : W L = ½ L x I 2..................................... (2.3) Dimana : Wc W L C L E I = Energi elektrostatik = Energi elektromagnetik = Kapasitor = Induktansi = Tegangan batere = Arus yang mengantar pada kawat fasa 2.3 Spesifikasi dari Gelombang Spesifikasi dari suatu gelombang berjalan : a. Tegangan puncak (Crest) dari gelombang, E (KV), yaitu amplitude maksimun dari gelombang. b. Muka gelombang (Front), t 1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan sampai puncak. c. Ekor gelombang (Tail) yaitu bagian kebelakang puncak. Panjang gelombang (Lenght) t 2 (mikrodetik) yaitu waktu dari permulaan sampai titik 50% E pada tail. d. Polaritas (Polarity) yaitu polaritas dari gelombang positif atau negative. Suatu gelombang berjalan (surja) dinyatakan sebagai berikut : E, t 1 x t 2
Jadi suatu gelombang dengan polaritas positif, crest = 1000 KV, front 3 mikrodetik, dan panjang 21 mikrodetrik dinyatakan sebagai : + 1000, 3 x 21. 2.4 Dasar Pembumian Tujuan pembumian pada dasarnya adalah : - Ditujukan pada titik netral dan pembumian umum, dimaksudkan untuk mengurangi besar tegangan lebih surja dan mengontrol besarnya arus hubungan singkat. - Pada sistem yang besar yang tidak dibumikan, arus gangguan itu relatif besar ( > 5 A ) sehingga busur listrik yang timbul tidak dapat padam sendiri, hal ini akan menyebabkan gejala Arching Ground. Pada sistem yang dibumikan gejala tersebut hampir tidak ada. - Untuk membatasi tegangan-tegangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu (sehat). Pada sistem-sistem dibawah 115 KV banyak dipakai pembumian dengan Peterson Coil. Terutama di Eropa pembumian dengan Peterson Coil itu telah dimulai sejak tahun 1990, sedangkan Amerika Serikat baru dimulai sejak 1930-an. Pada sistem yang tegangannya lebih besar (115 KV keatas) ada kecenderungan dengan pembumian tanpa impedansi (Solid Grounding) atau (Effective Grounding). Yang dimaksud dengan Effective Grounding adalah pembumian dimana perbandingan antara reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga,
dan perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan satu (X 0 /X 1 3;X 1 1) 2.5 Sistem yang tidak dibumikan (ditanahkan) Untuk sistem yang titik netralnya tidak ditanahkan, adanya hubung singkat harus dilihat dari arus pemuat urutan-nol. Dengan menggunakan trafo arus urutannol digerakkan rele arah hubung singkat-tanah (ground fault relay), bila arus pemuatnya cukup besar. Pada umumnya, karena sukar mengetahui hubung singkat pada sistem ini, maka Sistem ini telah banyak di tinggalkan orang karena tidak sesuai dengan kondisi-kondisi yang diinginkan 2.6 Sistem pembumian dengan tahanan Rele deteksi hubung singkat tanah yang digunakan untuk sistem ini adalah rele tegangan urutan nol, rele arus lebih tanah dan rele arah tanah (ground fault relay) kedua rele terakhir ini harus mempunyai kepekaan yang tinggi dan harus dapat bekerja dengan daya (arus) yang rendah, karena tahanan yang tinggi dan adanya tahanan titik hubung singkat membatasi besarnya arus hubung singkat. 2.7 Sistem pembumian dengan Gulungan Petersen Sistem ini baik sekali guna menanggulangi hubung-singkat satu fasa ke tanah yang sifatnya sementara karena dapat mematikan busur api yang disebabkan
oleh hubung singkat itu. Tetapi untuk hubung singkat yang tetap (permanent) sukar sekali melihat adanya hubung singkat itu dari arus urutan nol yang mengalir. 2.8 Rele gangguan tanah (Ground fault relay) Rele gangguan tanah akan berhasil dengan baik, tergantung dari besarnya arus gangguan ke tanah. Sistem yang netralnya di bumikan dengan reaktansi. Pada umumnya arus gangguan tanah besarnya berada pada batas-batas (25%-100%) dari arus gangguan 3 fasa. Sistem yang dibumikan dengan tahanan, arus gangguan tanah besarnya 10%-25% dari gangguan 3 fasa. Untuk sistem yang dibumikan melalui tahanan yang besar atau melalui gulungan Peterson akan mempunyai arus gangguan kebumi yang sangat kecil. Khusus untuk gulungan Peterson biasanya dilengkapi dengan alat untuk menghubung langsung titik netral ke bumi pada waktu terjadinya gangguan yang permanent, dengan tujuan untuk memperbesar arus gangguan ke bumi dengan demikian rele tanah yang konvesional dapat bekerja.