BAB III METODOLOGI PERANCANGAN 3.1 DIAGRAM ALIR ANALISA DAN DESAIN TOWER TRANSMISI LISTRIK 150 kv (SUTT) START ANALISIS. ANALISIS DAN DESAIN AWAL STRUKTUR ATAS TOWER TRANSMISI 150 kv : MODELING INPUT DATA MATERIAL INPUT BEBAN ANALISA GAYA BATANG TIDAK CEK DESAIN OPTIMUM (EFFESIEN) STRUKTUR ATAS. PERBANDINGAN DENGAN PROYEK JARINGAN JAKARTA BANDUNG SELATAN. YA HASIL ANALISIS AKHIR STRUKTUR ATAS TOWER TRANSMISI 150 Kv. DENGAN TYPE TOWER YANG SAMA DAN PEMBEBANAN YANG SAMA MAKA DIDAPAT HASIL III - 1
3.2 Penjelasan Diagram Alir Analisa dan Desain Tower Transmisi Listrik 150 kv. A. START ANALISIS Start analisis merupakan langkah awal dari analisa dan desain struktur tower transmisi listrik 150 kv. Dalam langkah awal ini penulis akan menganalisa dan mendesain dengan mempertimbangkan berbagai peraturan yang ada. B. ANALISA DAN DESAIN AWAL DESAIN ALTERNATIF TOWER TRANSMISI LISTRIK 150 kv. - Modeling Modeling disini adalah penulis akan mendesain geometri suatu rangka tower sesuai dengan standart dan ketentuan yang diberlakukan pada PT. PLN Persero dan pada modeling ini juga penulis akan dibantu dengan program MSTower V6. dengan program MS-Tower pekerjaan desain akan dapat lebih mudah diselesaikan. - Input Data Material Setelah proses modeling selesai maka langkah selanjutnya adalah input data material, yaitu kita akan menginput dimensi dan mutu baja siku dari setiap bagian rangka tower. - Input Beban Setelah modeling dan input data material selesai maka langkah berikutnya adalah penginputan beban, beban-beban yang akan penulis masukan adalah beban angin, beban konduktor dan beban isolator. III - 2
- Analisa Gaya Batang Pada proses ini penulis akan mengecek gaya-gaya yang bekerja pada setiap rangka tower, bagian-bagian mana yang menjadi batang tarik dan batang tekan, proses ini sudah dilakukan oleh program MS-Tower. - Cek Kekuatan Batang Proses ini adalah proses terakhir dari sebuah desain tower transmisi listrik, setelah semua proses dilalui maka proses ini adalah yang paling menentukan. Pada bagian ini kita akan mengetahui apakah desain yang sudah kita buat kuat atau tidak terhadap beban yang bekerja pada tower transmisi yang kita desain. Pengecekan dilakukan secara manual dengan metode LRFD. C. CEK DESAIN (OPTIMUM/EFESIEN) Setelah semua tahap desain kita lakukan dan rangka tower transmisi dianggap kuat, maka langkah selanjutnya adalah Cek dengan desain dengan desain yang sudah pernah ada yaitu proyek Jaringan Jakarta Bandung Selatan. Desain yang dibuat kali ini harus lebih efesien dari segi berat struktur yang sudah ada yang artinya desain ini harus lebih murah dari desain sebelumnya. D. HASIL ANALISA AKHIR STRUKTUR ATAS TOWER TRANSMISI 150 Kv. Dengan tipe tower yang sama (suspension/aa, 2 sirkuit) dan pembebanan yang sama maka didapat hasil yang lebih optimum (efesien). III - 3
3.3 DATA EKSISTING PROYEK JARINGAN JAKARTA BANDUNG SELATAN 3.3.1 Data data Struktur a. Proyek Jaringan Jakarta Bandung Selatan. b. Tower Transmisi 150 kv (SUTT). c. Tower tipe AA / Suspension 2 Sirkuit. Ekstensi 12M. d. Tinggi tower 46.060 m 3.3.2 SUMMARY BERAT STRUKTUR EKSISTING PROYEK JARINGAN JAKARTA BANDUNG SELATAN Tabel 3.1 Berat Struktur Tower Eksisting (Belum termasuk pelat buhul) III - 4
3.3.3 SUMMARY BERAT STRUKTUR DESAIN ALTERNATIF TOWER TRANSMISI 150 kv Tabel 3.2 Berat Struktur Tower Alternatif (Belum termasuk pelat buhul) III - 5
3.3.4 GAMBAR STRUKTUR Gambar struktur eksisting jaringan jakarta bandung selatan dan desain alternatif dapat dilihat pada lampiran 1. III - 6
3.4 METODOLOGI ANALISA DAN DESAIN TOWER TRANSMISI LISTRIK 150 Kv. 3.4.1 Data data Struktur Desain Alternatif a. Proyek Jaringan Jakarta Bandung Selatan. b. Tower Transmisi 150 kv (SUTT). c. Tower tipe AA / Suspension 2 Sirkuit. Ekstensi 12M. d. Tinggi tower 46.060 m 3.4.2 Modeling / Pemodelan Struktur Tower Pada pembahasan ini penulis melakukan pemodelan struktur tower dibantu dengan program komputer yaitu program Ms-tower, dengan program ini pekerjaan pemodelan dapat lebih mudah dikerjakan. Dalam pemodelan ini penulis membagi menjadi beberapa bagian struktur tower sebelum menjadi sebuah struktur tower yang utuh. Adapun bagian-bagian struktur tower tersebut adalah sebagai berikut : III - 7
Struktur lengan earthwire Struktur Body Atas Struktur crossarm / lengan isolator & konduktor Phase R Struktur Body Tengah Struktur crossarm / lengan isolator & konduktor Phase S Struktur crossarm / lengan isolator & konduktor Phase T Struktur Body Bawah Gambar 3.1 Struktur (modeling alternative) Tower Transmisi listrik 150kV Tipe Suspension / AA. Ekstensi 12M III - 8
3.4.2.1 Modeling Struktur Eearth Wire Bagian ini berada pada struktur paling atas (lihat gambar 3.1) dan berfungsi sebagai struktur penahan jalur earth wire (kawat grounding) dari satu tower ke tower yang lainnya. Berikut adalah pemodelan alternatif struktur earth wire. Gambar 3.2 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur earthwire Gambar 3.3 Tampak Depan Modeling Alternatif Struktur earthwire Gambar 3.4 Tampak Samping Modeling Alternatif Struktur earthwire III - 9
Gambar 3.5 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur earthwire 3.4.2.2 Modeling Struktur crossarm / lengan konduktor & isolator Bagian ini berada pada struktur bagian atas tepatnya dibawah struktur earthwire (lihat gambar 3.1) dan berfungsi sebagai tempat bergantungnya isolator dan bergantungnya kawat konduktor yang menyambungkan antara satu tower dengan tower lainnya. Pada bagian ini crossarm di buat menjadi 3 struktur yaitu untuk Phase R, Phase S, Phase T. Berikut adalah pemodelan alternative struktur crossarm / lengan konduktor & isolator : Gambar 3.6 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase R, S, T III - 10
Gambar 3.7 Tampak Depan Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase R dan S Gambar 3.8 Tampak Samping Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase R dan S Gambar 3.9 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase R dan S III - 11
Gambar 3.10 Tampak Depan Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase T Gambar 3.11 Tampak Samping Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase T Gambar 3.12 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Crossarm Phase T III - 12
3.4.2.3 Modeling Struktur Body Tower Bagian ini merupakan struktur utama didalam sebuah bangunan konstruksi tower karena bagian ini berfungsi sebagai pendukung dari struktur earthwire dan crossarm (konduktor dan isolator). Struktur ini penulis bagi menjadi 3 bagian yaitu struktur body atas, tengah dan bawah. Berikut adalah pemodelan struktur body tower atas, tengah dan bawah. Gambar 3.13 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Atas Gambar 3.14 Tampak Depan Modeling Alternatif Struktur Body Atas III - 13
Gambar 3.15 Tampak Samping Modeling Alternatif Struktur Body Atas Gambar 3.16 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Atas III - 14
Gambar 3.17 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Tengah Gambar 3.18 Tampak Depan Modeling Alternatif Struktur Body Tengah Gambar 3.19 Tampak Samping Modeling Alternatif Struktur Body Tengah III - 15
Gambar 3.20 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Tegah Untuk pemodelan pada body bawah penulis akan membaginya lagi menjadi beberapa bagian, dikarenakan pada struktur body bawah ini lebih kompleks maka penulis membaginya lagi menjadi beberapa bagian agar setiap bagiannya penulis dapat tampilkan menjadi lebih detail. Berikut penulis membaginya menjadi beberapa bagian : A. Body 1 Gambar 3.21 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 1) III - 16
Gambar 3.22 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 1) III - 17
Gambar 3.23 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 1) B. Body 2 Gambar 3.24 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 2) III - 18
Gambar 3.25 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 2) Gambar 3.26 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 2) III - 19
C. Body 3 Gambar 3.27 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 3) Gambar 3.28 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 3) III - 20
Gambar 3.29 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Body 3) D. Leg 0 Gambar 3.30 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg 0) III - 21
Gambar 3.31 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg 0) Gambar 3.32 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg 0) III - 22
E. Leg + 3 Gambar 3.33 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 3) Gambar 3.34 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 3) III - 23
Gambar 3.35 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 3) F. Leg + 6 Gambar 3.36 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 6) III - 24
Gambar 3.37 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 6) Gambar 3.38 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 6) III - 25
G. Leg + 9 Gambar 3.39 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 9) Gambar 3.40 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 9) III - 26
Gambar 3.41 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 9) H. Leg + 12 Gambar 3.42 Tampak Atas Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 12) III - 27
Gambar 3.43 Tampak Depan dan Samping Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 12) Gambar 3.44 Detail 3D Modeling Alternatif Struktur Body Bawah (Leg + 12) Setelah pemodelan telah selesai dilakukan dimulai dari struktur earthwaire hingga body tower bagian bawah, maka langkah selanjutnya adalah menyatukan seluruh bagian struktur yang sudah didesain sehingga menjadi sebuah struktur tower yang utuh seperti gamar 3.1 Langkah berikutnya didalam mendesain sebuah struktur tower setelah pemodelan (modeling) adalah penginputan material yang akan digunakan. III - 28
3.4.3 Input Data Material Input data material yang dimaksud pada pembahasan kali ini adalah memasukan jenis dan dimensi baja siku kedalam program Ms-Tower pada setiap rangka batang yang sudah didesain pada tahap pemodelan (modeling). Jenis (mutu baja) yang telah disetujui oleh PT. PLN Persero adalah baja jenis S235JR (standart) dan S355JR (mutu tinggi H ), Sedangkan untuk dimensi baja yang digunakan dari yang terkecil ukuran L45*45 hingga yang terbesar L100*8H. Penginputan data material yang dilakukan didalam program MS-Tower harus mengacu pada gambar desain alternatif pada lampiran 2. Setelah proses penginputan data material langkah berikutnya adalah penginputan beban beban yang harus diterima oleh tower transmisi. III - 29
3.4.4 INPUT BEBAN Berikut adalah perhitungan beban beban yang terjadi pada tower transmisi listrik 150 kv, semua percobaan dilakukan untuk mengetahui kekuatan tower dalam menahan beban yang terjadi. 3.4.4.1 PERHITUNGAN BEBAN A. TIPE TOWER 150 kv Tipe Tower Sudut Deviasi Tipe B. AA 0-3 derajat Suspension Tekanan Angin Konduktor dan Kabel Grounding Insulator Besi Tower C. 0.392 0.589 1.177 Tipe Berat Konduktor Nominal Diameter (1 Konduktor) Jumlah Konduktor Ma. Tegangan Tarik ACSR HAWK 0.00958 0.02178 2 23.536 Insulator Jumlah Insulator Berat+Aksesoris Tebal Panjang 12 1.030 0.260 1.900 2 kn/m 2 kn/m 2 kn/m (Spec PLN) (Spec PLN) (Spec PLN) kn/m m (Spec Suplier) (Spec Suplier) kn Satu Phase (Spec Suplier) kn m m (Spec Suplier) (Spec Suplier) (Spec Suplier) Konduktor Beban Angin Pada Insulator Beban Angin Arah Dalam (Longitudinal) Beban Angin Arah Luar (Transversal) Tek. Angin Insulator Tebal Insulator Panjang Insulator 0.2910 Tek. Angin Insulator Tebal Insulator Panjang Insulator 0.2910 kn kn III - 30
D. Grounding Tipe Berat Nominal Diameter (1 Konduktor) Berat Aksesoris Ma. Tegangan Tarik E. F. GSW55 0.00438 0.0096 0.0491 14.71 Kondisi Normal Rentangan Dasar Rentangan diterpa Angin Panjang rentangan Kondisi Rusak / Putus Rentangan Dasar Rentangan diterpa Angin Panjang rentangan Faktor Reduksi Konduktor Grounding (Spec Suplier) (Spec Suplier) (Spec Suplier) Satu Phase (Spec Suplier) 350 500 700 m m m (Spec PLN) (Spec PLN) 350 400 400 m m m (Spec PLN) (Spec PLN) (Spec PLN) 60 100 % % (Spec PLN) (Spec PLN) 1.5 1.1 Asumsi Rentangan SAFETY FACTOR Kondisi Normal Kondisi Rusak G. kn/m m kn kn (Spec PLN) (Spec PLN) PERHITUNGAN BEBAN YANG TERJADI AKIBAT KONDUKTOR DAN INSOLATOR Tipe Tower Tipe konduktor AA ACSR HAWK G.1 BEBAN VERTICAL KONDISI NORMAL Beban Berat Konduktor Berat Insulator KONDISI RUSAK/PUTUS Beban Berat Konduktor Berat Insulator Jumlah Konduktor Panjang Rentangan Berat Konduktor 2 700 0.0096 13.412 kn 1.030 kn Total 14.442 kn Jumlah Konduktor Panjang Rentangan Berat Konduktor 2 400 0.0096 7.664 kn 1.030 kn Total 8.694 kn III - 31
G.2 BEBAN HORISONTAL KONDISI NORMAL Angin pada konduktor Angin pada insulator Angin akibat sudut Deviasi KONDISI RUSAK/PUTUS Angin pada konduktor Angin pada insulator Angin akibat sudut Deviasi Jum. konduktor Rentangan diterpa Angin Tek. Angin Dia. Konduktor 2 500 0.392 0.02178 8.5378 kn 0.2910 kn Jumlah Konduktor Sin 1.5 Ma. Tegangan Tarik 2 sin 1.5 23.536 1.2322 kn Total 10.061 kn Jum. konduktor Rentangan diterpa Angin Tek. Angin Dia. Konduktor 2 400 0.39 0.02178 6.8302 kn 0.2910 kn Jumlah Konduktor Sin 1.5 Ma. Tegangan Tarik 1 sin 1.5 23.536 0.6161 kn Total 7.7373 kn G.3 Beban Arah Dalam H. Faktor Reduksi Ma. Tegangan Tarik 60 % 23.536 14.122 PERHITUNGAN BEBAN YANG TERJADI AKIBAT KABEL GROUNDING + AKSESORIS Tipe Tower Tipe Grounding AA GSW 55 H.1 BEBAN VERTICAL KONDISI NORMAL Beban Berat grounding Berat Aksesoris KONDISI RUSAK/PUTUS Beban Berat grounding Berat Aksesoris Jumlah Kabel grounding Panj. Rentangan Berat Kabel Grounding 1 700 0.0044 3.066 kn 0.049 kn Total 3.1151 kn Jumlah Kabel grounding Panj. Rentangan Berat Kabel Grounding 1 400 0.0044 1.752 kn 0.049 kn Total 1.8011 kn III - 32 kn
H.2 BEBAN HORISONTAL KONDISI NORMMAL Angin pada grounding Angin pada aksesoris Angin akibat sudut Deviasi KONDISI RUSAK/PUTUS Angin pada grounding Angin pada aksesoris Angin akibat sudut Deviasi H.3 Beban arah dalam Jumlah kabel grounding Rentangan diterpa Angin Tekanan Angin Diameter Kabel Grounding 1 500 0.392 0.00960 1.8816 kn 0.0000 kn Jumlah Kabel Grounding Sin 1.5 Ma. Tegangan Tarik 2 sin 1.5 14.71 0.7701 kn Total 2.6517 kn Jumlah kabel grounding Rentangan diterpa Angin Tekanan Angin Diameter Kabel Grounding 1 400 0.39 0.00960 1.5053 kn 0.0000 kn Jumlah Kabel Grounding Sin 1.5 Ma. Tegangan Tarik 1 sin 1.5 14.71 0.3851 kn Total 1.8903 kn Faktor Reduksi Ma. Tegangan Tarik 100 % 14.71 14.71 3.4.4.2 PENGGAMBARAN PEMBEBANAN PADA TOWER TRANSMISI 150 kv AA4 (LOADING TREE). Penggambaran ini disebut Loading Tree. III - 33 kn
III - 34
III - 35
III - 36
III - 37
III - 38
III - 39
III - 40
3.4.5 ANALISA GAYA BATANG Setelah semua proses dimulai dari Modeling, input data material dan input pembebanan yang dilakukan melalui program MS-Tower tahap berikutnya adalah Running Program Ms-Tower yang pada pembahasan ini didapat output gaya-gaya batang yang bekerja dan besarnya gaya. Untuk hasil output gaya batang dengan running Ms-Tower dapat dilihat pada Lampiran 2. 3.4.6 CEK KEKUATAN BATANG Pada pembahasan ini penulis akan melakukan cek ulang kekuatan batang secara manual dengan menggunakan metode LRFD. Hasil perhitungan cek ulang akan penulis paparkan didalam BAB IV dengan menggunakan rumus LRFD sebagai berikut : 3.4.6.1 Cek Keuatan Pada Batang Tarik Batang tarik banyak dijumpai dalam banyak struktur baja, seperti strukturstruktur jembatan, rangka atap, menara transmisi, ikatan angin, dan lain sebagainya. Batang tarik ini sangat efektif dalam memikul beban. Batang ini dapat terdiri dari profil tunggal ataupun profil tersusun. Adapun syarat desain batang tarik harus memenuhi kriteria sebagai berikut: - Periksa kekuatan tarik berdasarkan penampang daerah kotor. III - 41
- Periksa kekuatan tarik berdasarkan penampang daerah Bersih. - Cek rasio Kelangsingan / Kestabilan dengan λ L/r. 3.4.6.2 Batang Tekan Suatu komponen struktur yang mengalami gaya tekan konsentris, akibat beban terfaktor Nu, menurut SNI 03-1729-2002, Pasal 9.1 harus memenuhi: III - 42
Komponen struktur tekan harus memenuhi syarat kelangsingan/kestabilan sebagai berikut :... < 1 Komponen strukstur tekan juga harus memenuhi syarat kekakuan yaitu dengan menghitung defleksi (Perpanjangan atau perpendekan). Perpanjangan atau Perpendekan batang akibat beban yang diketahui. S. L A.E III - 43
Dimana : S Gaya batang akibat beban yang bekerja. L Panjang Batang A Luas Penampang Batang E Modulus Elastisitas Batang Dimana : actual limit. Berbagai Nilai K : III - 44