I

I. KABEL

Untuk menyalurkan daya dari suatu tempat ke tempat yang lain, kita dihadapkan pada pemilihan penghantar apakah dengan pengahantar udara atau dengan kabel.

Beberapa segi yang harus dipertimbangkan adalah :

- Segi teknik : menyatakan sifat-sifat fisis dan keandalan

- Segi ekonomi : menyangkut masalah harga yang secara langsung akan berpengaruh pada tarif listrik - Segi lingkungan : perlindungan alam

Pertimbangan segi teknik.

Antara penghantar udara dan kabel terdapat perbedaaan karakteristik fisis dan teknis dikarenakan perbedaan konstruksinya.

a. Kemampuan penghantar

Suatu penyaluran energi listrik melalui penghantar akan terdapat rugi-rugi yang menyebabkan panas sehingga kemampuan penghantar dibatasi sampai suatu batas temperatur tertentu.

Pada penghantar udara :

Temperatur batas ditentukan oleh karakteristik mekanik dari logam penghantar

Pendinginan penghantar dapat secara langsung dengan pelepasan panas ke udara, sehingga dimungkinkan pembebanan thermis yang tinggi.

Kemampuan penghantar dapat ditingkatkan, misal dengan penghantar kabel.

Pada kabel :

Terdapat tambahan rugi-rugi pada lapisan-lapisan logam pelindung (logam mantel perisai, pelindung).

Adanya rugi-rugi dielektrik.

Pelepasan panas dari penghantar ditentukan oleh lapisan isolasi dan tanah. Terdapat juga pengaruh pemanasan dari kabel yang lain.

Tahanan panas tanah berubah.

Jika luas penampang penghantar pada kabel dibesarkan, kenaikan kemampuan penghantar tidak sebesar seperti pada penghantar udara.

b. Ketahanan hubung singkat

Indukstansi pada kabel adalah lebih kecil dibanding pada penghantar udara. Sehingga arus hubung singkat pada kabel (IK) jauh lebih besar dari harga nominalnya (IN). Arus hubung singkat ini harus dialirkan sampai saat pemutusan penghantar.

c. Arus pemuat.

Arus pemuat (Charging Current) tergantung pada konstruksi dan tinggi tegangan.

Kapasitor pada kabel (CK) lebih besar dari penghantar udara (CP), sehingga arus pemuat pada kabel jauh lebih besar dibanding pada penghantar udara.

Pada tegangan yang lebih tinggi, untuk kabel diperlukan peralatan kompensasi.

d. Arus hubung tanah.

Arus hubung tanah pada kabel terjadi karena adanya tembus breakdown pada isolasi antara pengahantar dan tanah. Sampai tegangan 110 KV, arus hubung dikompensasi dengan pengetanahan induktip titik bintangnya.

I = J U . 3 WCe

Pada kabel arus hubung tanah yang terjadi lebih besar.

KABEL DENGAN ISOLASI & MANTEL DARI THERMOPLAST

(Kabel Protodur, Kabel Protothen)

N: kabel menurut pembekuan VDE.

Y: isolasi protodur (suku kata Y pertama berikutnya).

2 Y: isolasi protothen (suku kata ke 2 Y pertama berikutnya).

H: lapisan semi konduktif pada penghantar atau isolasi untuk membatasi

medan listrik.

C: penghantar tembaga konsentris.

CW: penghantar tembaga konsentris bentuk gelombang (kebl-kabel Ceander

Untuk 0,6/1 KV).

S: perisai dari tembaga.

SE: kabel berinti banyak dengan lapisan semi konduktip pada penghantar dan

Isolasi untuk masing-masing inti.

T: kabel udara (kabel dengan kawat penggantung).

F: pelindung dari lilitan plat baja galvanis (pada kabel tegangan tinggi

juga berfungsi sebagai perisai).

R: pelindung dari lilitan kawat bulat baja galvanis (pada kabel tegangan

tinggi juga befungsi sebagai perisai).

Gb: pelingkup dari plat baja (pada pelindung F atau R).

Y: mentel protodur (suku kata Y kedua).

2 Y: mantel protothen (suku kata 2 Y kedua).

re: penghantar satu urat bentuk bulat.

rm : penghantar urat banyak bentuk bulat.

Se: penghantar satu urat bentuk sektor.

re: penghantar urat banyak bentuk sektor.

KABEL DENGAN ISOLASI KERTAS DAN MANTEL LOGAM

S: kabel untuk daerah pegunungan (sebelum N).

N: pembekuan menurut VDE.

H: kabel inti banyak dengan lapisan kertas logam (Folie) pada isolasi

penghantarnya (kabel H) misal : NHKBA.

E: kabel tiga mantel (dibelakang N, atau NA misal NEKBA) disini artinya

pada tiap-tiap inti dibungkus dengan mantel logam.

K: kabel dengan mantel timbul (Blei).

KL: kabel dengan mantel Alumunium.

D: pelengkap pelindung tekanan.

B: pelindung dari pita baja.

F: pelindung dari kawat pipih baja tertutup.

FO: pelindung dari kawat pipih baja terbuka.

R: pelindung dari kawat baja bulat tertutup.

RO: pelindung dari kawat baja bulat terbuka.

Z: pelindung dari kawat baja bentuk Z.

Gb: pelindung dari plat baja (pada pelindung F atau R).

U: pelengkap pelindung tekanan atau pelindung dari bahan-non-magnetis

(letaknya sebelum D, F, R misal : NkuFA yang berarti kabel dengan

pelindung dari bahan non-magnetis, kawat pipih tertutup).

A: lapisan pengisi selubung luar dari jute (serat rami) (letaknya diakhir kata,

misal : NAKBA).

AA: selubung luar dobel dari jute.

Y: selubung pengairan dalam bentuk.

2 Y : suatu mantel protodur atau mantel protothen.

(letaknya dibelakang K atau pada akhir kata).

YV: selubung pengaman yang diperkuat dalam bentuk suatu

2 YV: mantel protodur atau protothen.

- R: pelapis pencegah korosi pada pelindung.

- W: pencegah korosi tahan panas.

- fl: pencegah korosi tahan api.

1. Macam dan konstruksi kabel tegangan tinggi

Konstruksi dasar

Kabel satu penghantar adalah kabel dengan medan radial.

E (X) = U . 1

ln R X

r

E max = U

r ln R

r

Kabel tiga penghantar

Kabel jenis diatas terjadi arah medan yang tidak radial.

Problem :

Isolasi penjepit dikenai pembebanan elektris.

Terjadi pembebanan arah tangensial pada isolasi penghantar.

Pemecahan :

Kabel dengan beberapa mantel logam.

Kabel dengan tiga mantel timah hitam

Material dan kegunaannya :

Penghantar : Cu : tembaga ( = 58 Sm ; ( = 8,9

mm2

Al : Alumunium ( = 35 Sm ; ( = 2,7

mm2 Pelapis Penghantar

( dari pelapisan penghantar jauh lebih kecil dari pada ( logam penghantar.

Jenis bahan :

Kertas dengan pengisian jelaga/graphit.

Pita tenunan konduktif.

Bahan plastik yang diisi dengan graphit.

I s o l a s i :

Isolasi penghantar & isolasi pengingat.

1 KV30 KV

Isolasi kertas 5 %93 %

Isolasi thermoplast 95 %7 %

Lebih tinggi dari 110 KV : Isolasi kertas Inpragniert (dipadatkan/dijenuhkan).

Isolasi kertas minyak (kabel minyak) : 60 KV kertas.

Isolasi kertas massa (kabel massa) : sampai 60 W

PVC, PE, VPE (kabel thermoplast) : tegangan rendah dan menengah.

Pelindung Glimen :

Kabel yang panas akan terjadi pemuaian penghantarnya dan jika kembali dingin terdapatlah sela udara antara penghantar dengan lapisan luar.

Hal ini menyebabkan terjadinya internal corona.

Untuk mencegah hal tersebut maka isolasi penghantar harus dilapisi dengan bahan konsuktif yang merupakan pencegah terjadinya glimmen.

Mantel Logam :

Fungsi : Untuk melindungi kabel terhadap kerusakan karena mekanis dan kelembaban atau korosi.

Macam-macam :

a) Mantel timah hitam :

Kerugian : - berat

- ketahanan mekanis yang rendah sehingga memerlukan pengaman lagi.

Keuntungan : - mudah pengerjaannya

- relatip tahan terhadap korosi

b) Mantel Alumunium :

Kerugian

: - bahaya korosi

Keuntungan : - ringan; - konduktivitas yang baik

- tahan mekanis ; - murah

c) Mantel dari thermoplast :

PVC ; PE

- mudah penggelarannya

- PVC : sampai 50C menjadi rapuh

- P E : dapat dipakai sampai 400C

Pelindung Mekanis :

Untuk melindungi kabel dari kerusakan mekanis dipergunakan lapisan pelindung berbentuk anyaman kawat baja atau pita baja.

Fungsi lain dari lapisan ini adalah pencegahan terhadap korosi.

Pada kabel tiga penghantar, induksi medan magnetis praktis tidak ada. Pada kabel satu penghantar dipergunakan bahan-non-magnetis.

Selubung Pelindung :

Pelindung dalam ;

- Timah hitam untuk pelindung korosi.

- Bantalan antara timah hitam dan pelindung.

Pelindung luar ;

- Untuk pelindung korosi dari pelindung mekanis

Bahan selubung pengisi dari : Jute, PVC/PE.

2. Kabel Isolasi Kertas

2.1 Kabel Massa : sampai 60 KV

Lapisan kertas : 0,1 ..0,15 mm.

Pengeringan pada keadaan vakum; Impragniert dengan massa kabel

Mineral oil dengan 5 25 % Harz.

Misal : Kolophonium.

Integral partikel discharge (korona dalam)

Kerugian : tidak bebas dari kemungkinan korona dalam : Pada saat panas ( kabel mengembang

Pada saat pendinginan ( terbentuk rongga udara pada isolasi.

Keuntungan : Kabel massa murah; Tetapi cenderung terdesak oleh thermoplast kabel. Untuk menghindari terjadinya korona dalam pada rongga-rongga udara :

a. Pembebanan kuat medan yang rendah.

Pada kebel massa Eb 45 KV/mm maximum 60 KV.

b. Proses produksi lebih baik. Cairan minyak yang encer.

c. Rongga udara dihindarkan dengan pemberian tekanan.

Pemecahan: - Kabel tekanan rendah; - Kabel tekanan tinggi ; - Kabel dengan gas tekan didalam; - Kabel dengan gas tekan diluar.

2.2. Kabel Minyak : > 60 KV s/d 550 KV

a. Kabel minyak tekanan rendah :

Bejana penyeimbang

Setiap ( 4 km

P : 1,5 5 bar

mi

mantel : timah hitam yang kuat untuk kabel satu penghantar dengan pelindung mekanis non-magnetis.

Kabel minyak

Tekanan rendah Kabel Massa

- Kekuatan medan listrik (waktu singkat)50 KV/mm50 KV/mm

- Batas kekuatan medan (waktu lama)4012 15

- kekuatan medan nominal (Eb)7 . 145 max

50

Ed 40

30

KV/mm

20

10

50

100 jam

Ed 16 bar ( 2 x Ed

1 bar

Kabel Massa

Tan (

Tekukan ionisasi

Kabel minyak

3 .. 5%

E

b. Kabel minyak tekanan tinggi : 15 16 bar - Konstruksi Mantel dan lapisan pelindung yang kuat.

- Sampai 400 KV

Ed ~ ( 60 KV/mm ; Ed ( 130 KV/mm

Oilostatic Cable

( 4 mm

100 . 150 mm (

minyak sampai 15 bar

isolasi urat normal tanpa mentel

2.3. Kabel Thermoplast

PVC sampai 10 KV

PE, VPE

Eb ( 5 KV/mm ; sampai 110 KV

Eb ( 10 KV/mm ; sampai 220 KV

VPE sampai 400 KV sedang dalam pengembangan.

Keuntungan : - ringan

- mudah dibengkokkan

- mudah pemasangan

Kerugian :- sensitive terhadap korona dalam karena ketidaksempurnaan pembuatan di pabrik dapat terbentuk rongga udara, orde 130 (3. Beberapa besaran-besaran pada kabel :

3.1. Besaran per satuan panjang :

a. Tahanan per satuan panjang :

Tahanan DC : RI= = RI20 (1 + (20 . (t) (/ Km

Untuk Cu : (20 = 0,00393 1/K

Al : (20 = 0,00403 1/K ;

RI 20 = ( dalam / Km

Q

Cu : ( = 17,8 ( mm2/Km

Al : ( = 28,5 ( mm2/Km ; q dalam mm2Tahanan AC : RI = RI= + (RI(RI tahanan tambahan yang dapat dikarenakan oleh skin effect, arus induksi pada mantel, rugi-rugi hysteristis pada metal pelindung.

(RI .. 0,01 . 0,05 (/Km

biasanya diambil 0,03 (/Km

contoh : tembaga Cu 500 mm2, 200C

RI= = 0,036

RI = 0,036 = 0,03 ( 0,066 (/Km

b. Rektansi per satuan panjang : WLI(pada HUTT WLI ( 0,4 (/Km)

Untuk kabel tanpa mantel & pelindung :

a

Lioo = 2.10-4 (ln a + 0,25) H/Km

r

= 2.10-4 ln a H/Km

(

dimana : ( = 0,779 r

2r

jari-jari ekivalen.

tiap phasa :

LI = 2. 10-4 ln a H/Km

a

a

(

a

2 r

a

tiap phasa :

LIrata rata= 2 . 10-4 ln a H/Km

(

3

a =2. a rata-rata

2

Kabel dengan mantel yang saling dihubungkan kedua ujungnya, terdapat arus induksi pada mantel sehingga harga induktansi dikurangi LI.

Contoh : kabel 20 KV, mantel Alumunium

a = 110 mm

a

a

r = 10 mm

2r

a) Karena mantel : LIoo = 0,53 mH/km

b) LIm = 0,58 mH/kma = 138,5

c) mantel dihubungkan dikedua ujungnya

LI = LIm - LI = 0,472 mH/km

WI = 0,15 (/kmBesaran biasa diambil :

WLI ( 0,1 0,2 (/km

a ( 4 . 20

r

Kapasitas bagian : WCI

Kabel medan radial

CI = 2 ( (0 (r = 5,56.10-2. (r ( F/km

ln R ln R

r r

kapasitas per phasa.

Kabel tiga penghantar dengan isolasi pengikat

Susunan simetris

C10 = C20 = C30

C12 = C23 = C13

CI = CI10 + 3CI12 0,111 (rCI = ln a2 (3R2 a2)3

r2 (27R6 -a6)

Misal : q = 500 mm2

CI = ( 0,6 . 1,2) ( F/km

WI = (190 ..380) 10-6. S/km

Kabel medan radial, minyak, aluminum kabel110 KV : 100 . 500CI = 0,25 0,4 ( F/km

WCI = (80 .. 125) 10-6. S/km

220 KV : 100 . 500 mm2CI = 0,15 . 0,22 ( F/km

WCI = (45 .. 70) 10-6. S/km

380 KV : 500 . 1000 mm2CI = 0,2 0,3 ( F/km

WCI = (60 . 90) 10-6. S/km

Untuk perhitungan biasa diambil : WCI = 100.10-6 S/km

Rugi-Rugi bocor bagian : AI

AI sebanding dengan rugi-rugi dielektrik

VIdiel = U2. WCI.tan ( W/kmAI = WCI. tan ( ( 100.10-6 .5.10-3 S/kmAI = 0,5.10-6 S/km Daya buta kapasitip dan daya naturalBeban kosong : PbI = U2.WCI dalam Mvar/km

Daya Natural : P nat = U2 dalam MW

Z

Pthermis 0,3 mm 0,0180255,5

< 0,3 0,1 mm0,0183554,5

< 0,1 mm0,0188753

Almunium

Kemurnian > 99,3 %0,0303033

Tahanan jenis adalah fungsi temperatur

Untuk lembaga : (( = (20 + 0,68.10-4 (( - 20)

Alumunium : (( = (20 + 1,10.10-4 (( - 20)

( mm2/m

2. Arus pembebanan

I = Ps . 103 = 10.103 = 288,6 A

(3 . U (3 . 20

Jika diambil 2 buah kabel paralel.

Faktor koreksi :

Kondisi pembebanan nominal (10 jari beban penuh dan paling sedikit 10 jari 60 % beban penuh), diambil faktor koreksi kI = 0,75

Untuk peletakkan paralel kabel dapat dari tabel 20 sebesar k2 = 0,85

Untuk penyimpanan dari temperatur normal didapat dari tabel 16 sebesar k3 = 600C

Sehingga arus fiktif darin setiap kabel jika 2 kabel dipakai parallel.

It = 288,6 = 243,39 A

2.0,75.0,85.0,93

Untuk penyimpangan tahanan spesifik tanah

rEI = 150 gr. Cm/w dari semula

rE = 100 gr. Cm/w

Didapat dari tabel 17 sebesar k2 = 0,85

Untuk peletakkan parallel 3 kabel didapat dari table 20 sebesar k3 = 0,75

Sehingga arus pembebanan yang diijinkan adalah :

I = 3 In. k1. k2. k3 = 3 x 370 x 0,89 x 0,85 x 0,75

= 630 A

Daya yang boleh disalurkan

Ps = I (3 . U .10-3 MVA

= 630 (3. 6 10-3

= 6,55 MVA

III. TRANSMISI TEGANGAN EKSTRA TINGGI

EHV : Extra High Voltage

U > 500 KV

a. Karakteristik EHV :

Pada transmisi tegangan ekstra tinggi, pembebanan tegangan dapat dikelompokkan dalam ;

a. Tegangan kerja AC.

Hal ini terutama dirasakan jika ada pengotoran isolator (polluted Insulators).

Yang dapat menyebabkan loncat denyar (flash over) pada permukaan isolator.

b. Tegangan lebih frekuensi jaringan.

Kejadian ini dapat disebabkan oleh : pelepasan baban jaringan, hubung singkat ketanah satu phasa, ferranti effek dan ferro resonanz.

Dapat pula disebabkan tegangan potong arrester, tetapi hal ini tidak merupakan kriteria untuk idolasi, kecuali jika t > 0,2 detik dapat berbahaya karena kejadian loncat dengan isolator kotor.

c. Tegangan lebih impuls kilat (petir).

Disini tidak ada criteria dimensinya, yang jelas bahwa udara (sampai 5 MV) dan harga kira-kira Udpetir ( 500 KV/m.

Tegangan lebih ini dipotong oleh arrester untuk koordinasi isolasi dengan peralatan-peralatan transmisi.

Pencegahan terjadinya tegangan lebih karena petir ini adalah pemasangan konduktor tanah pada transmisi.

d. Tegangan lebih surja hubung (Switching Surge).

Pada pemutusan saklar beban induktive atau kapasitive dapat timbul tegangan lebih.

Didalam laboratorium, tegangan lebih surja hubung didekati dengan bentuk tegangan, impuls saklar 250/2500 (s.

Tegangan tembus break down untuk surja hubung

Ud = f (s) akan tetapi terjadi suatu kejenuhan (lihat gambar 1) dan ternyata Ud juga fungsi dari harga tcrest (lihat gambar 2).

Sehingga :

Ud = f (S, Tcrest, geometri elektroda)

Ternyata juga Ud fungsi dari geometri elektroda. Harga Ud semakin tinggi dengan semakin simetrisnya susunan elektroda (lihat gambar 3).

Rosenthal Technik AGTegangan tembus impuls hubung 50 %

Sela jarum-plat (sumber CIGRE SC 33)1975

Gambar : 1. Tegagan tembus fungsi jarak

Gambar 2 : Ud50 = f (tcreast)

Ud50 = 1

S

+

S

Ud50 ( (1,35 1,4)

Gambar 3 : Harga Ud50 dari konduktor bundle terhadap lengan menara- menara.

Masalah tegangan lebih surja hubung dirasakan lebih dominan karena besar tegangan lebih dapat mencapai 2 sampai 3 p.u.

Selain hal itu karena karakteristik tembus breakdownnya berbeda dibanding tegangan impuls kilat.

Untuk perhitungan praktis disini diperkenalkan :

k = Ud50 Susunan elektroda (

Ud50 Susunan batang plat (k = faktor sela nyala elektroda

Ud50 = tegangan tembus breakdown polaritas positip 50 %.

Harga Ud50 terkecil adalah susunan elektroda batang-plat dan untuk elektroda ini:

kbatang-plat = 1

Tabel 1 : Faktor Sela nyala dari beberapa elektroda terpakai sumber :

FGH TB 1 240 bag. 10

SELA ELEKTRODA

K

1Jarum plat

1.00

2Jarum bagian konstruksi

1.05

3Penghantar plat

1.15

4Penghantar pelingkup

1.20

5Penghantar bagian Konstruksi

1.30

6Jarum jarum (h = 3m)

1.30

7Penghantar bagian konstruksi

1.35

8Jarum jarum ( h = 6m )

1.40

9Penghantar kawat

1.40

10Penghantar Travers

1.55

11Penghantar jarum (h = 3m)1.65

12Penghantar jarum (h = 6m)

1.90

13Penghantar jarum1.90

Tabel : 2. Karakteristik Peralatan

1.Tegangan kerjaKv7651.2001.500

2.Kapasitas Penyaluran daya (1 system)MW2.500-3.0006.000-7.50010.000-12.000

3.Lebar Trassen M85120145

4.Efisiensi pemakaian dari Trassen Mw/m 30-3550-6270-85

5.Tegangan lebih surja hubung (Switching Surge) Phase- Ground KV

(p.u)1.185

(1,9)1.570

(1,6)1.840

(1,5)

6Ketqahanan tembus tegangan impuls Switching

Phase-GroundKV1.4001.8002.050

7.Panjang isolator HVTT

(Jumlah isolator Kappen)M 5,5

(35)9

(60)11

(75)

8.Panjang isolator dukung di gardu induk M 57,59

9Beban patah minimum dari isolator HVTTKN 300400-900500-1.000

10.Moment kaki dan isolator dukung di gardu induk m. KN 5080-100100-120

ROSENTAHL TECHNIK AG Data-data karakteristik dari peralatan EHV

(sumber CIGRE SC. 31-32-33)175

Untuk semua elektroda yang lain harga K > 1.

Tabel 1 adalah harga k untuk beberapa susunan elektroda.

Untuk suatu isolator, harga Ud50 tetap konstant jika garis medan listrik tidak berubah. Ini berlaku untuk keadaan kering. Sedang untuk keadaan hujan maka harga Ud50 berkurang sekitar 5 10 %.

Data-data katakteristik dari peralatan EHV secara ringkas dapat dilihat pada tabel 2.

Baris ke 5 = harga tegangan lebih surja hubung yang terjadi pada jaringan dibatasi dengan cara tahanan penutupan dan pemutusan saklar, saklar sinkron, transposisi.

Harga per unit (P.U) didefinisikan sebagai

p.u = Uover voltage

U/ ( 3

Sebagai contoh :

Misal UN = 1200 KV

Uover voltage = 1570 KV

p.u. = 1570

= 1,6

1200 ( 2

( 3

Baris ke 6 :

UN = 1200 KV

UKS = ketahanan tegangan surja hubung

= 1800 KV

Untuk keadaan hujan ditambah 10 %

Sehingga : UKS = 1800 x 1,1 = 1980 KV

UKS = Ud50 (1-3V)

V = S = koefisien variasi

UdPada tembus breakdown adalah distribusi normal, diambil V = 5 %

Sehingga diperoleh

Ud50 = UKS = 1980 = 2330 KV

( - 3V) 0,85

Dengan memperhatikan faktor k

k = Ud50 susunan elektroda

Ud50 sela batang-plat

Ekivalent :

Ud50 batang-plat = Ud50 susunan elketroda

k

Pada kasus diatas

a. Sela batang plat

k = 1 ; Ud50 = 2330 KV

Maka dari grafik pada gambar 1 didapat S = 18 meter.

b. Susunan elektroda konduktor bundle pada transmisi terhadap menara k = 1,35

Ekivalent dengan

Ud50 batang-plat = 2330 = 1730 KV

1,35

Sehingga didapat S = 9 meter

Penggunaan konduktor bundel pada EHV adalah untuk menurunkan besarnya kuat; medan listrik yang terjadi pada permukaan konduktor transmisi sehingga korona yang dapat mengganggu komunikan dapat dihindarkan. Harga krat medan listrik EK pada permukaan konduktor dibatasi sampai sekitar 17 KV/cm.

Pada baris 9 untuk EHV 1200 KV dipakai isolator dengan beban patah minimum 400 .. 800 kN.

Menurut VDE, besarnya pengujian mekanis adalah 0,8 x beban patah minimum. Sedang harga maksimum pembebanan kerja yanbg diperbolehkan = 0,4 x pengujian mekanis atau = 32 % x sebab patah minimum.

b. Ketahanan tembus tegangan surja hubung dan faktor sela nyala elektroda

Semua susunan elektroda yang secara teknis dianggap penting, tegangan tembus breakdown.

Ud ( < Ud _

Untuk jarak sela elektroda S = 2 8 m

Ud50 = k 500 . S0,6 dalam KV

S dalam meter

Untuk S > 8 m

Ud50 = k . 3450 KV

1 + 8

5

dengan tcreast = 120 (s 250/2500 (s

Sela nyala elektroda positip batang-plat

Untuk S = 2 . 8 m

Ud50 = 500.S0,6Untuk S > 8 m

Untuk Ud50 = 3450

1 + 8

S

K = faktor sela nyala = Ud50 susunan elektroda

Ud50 batang-plat

K = konstanta untuk

Tcr : 120 3000/(s

Hubungan antara k dengan garis medan listrik

Garis-garis gaya dapat ditentukan dengan

a. Cara perhitungan

b. Pemetaan medan listrik

Harga k akan menaik dengan menurun E+

Gambar 4 : Beberapa susunan elektroda yang penting

( 60 mm

( 60 mm

6 m

6 m 6 m penghantar plat

Bentuk dari susunan elektroda menentukan tingkat homogenitas dari medan listrik.

Harga faktor sela nyala k akan menaik jika E ( menurun.

k = f (medan listrik)

Harga k akan menaik dengan semakin sime\trisnya susunan elektroda.

X

Fi Xi X=S

Gambar 5 : tidak homogen Gambar 6 : Homogen

Harga Y (Xi) dapat menunjukkan tingkat homogenitas dari medan listrik.

Dalam praktek, sela elektroda

Y (Xi) : Xi .. 0,35 .. 0,9555

Harga rata-rata : Xi 0,95

IV. PENENTUAN DAERAH PERLINDUNGAN SUATU SYSTEM PENANGKAL PETIR

a. Model Daerah Perlindungan

Suatu batang penangkal petir berfungsi sebagai titik terkam sambaran petir agar bangunan yang dilindunginya aman dari bahaya petir.

Pada sambaran petir antara awan ketanah, titik terkam sambaran petir ditentukan oleh lidah penjemput dari suatu penerima petir.

Dengan menjalarnya lidah-lidah petir dari awan kearah bumi maka akan terjadi penaikan kuat medan listrik di permukaan bumi. Jika lidah petir telah mendekati suatu obyek di bumi sejarak beberapa puluh meter, maka mulailah tumbuh lidah penjemput dari suatu titik suatu obyek dan titik tersebut akan merupakan titik terkam petir (lihat gambar III).

Kanal petir

Kepala kanal petir

Awal penangkap lidah

Titik sambaran

Jarak terkam

Gambar I : Awal pertumbuhan lidah penjemput yang menentukan tempat titik terkam.

Karena muatan listrik yang disalurkan melalui kanal petir yang kemudian pada arus petir akan semakin besar jika harga maksimum arus petir semula semakin besar, maka disini berlaku bahwa semakin besar harga maksimum arus petir pemula, maka akan semakin panjang pula jarak terkam akhir h8, obyek sambaran.

Beberapa puluh tahun yang lalu telah dikemukakan teori Daerah perlindungan yang didukung oleh teori-teori dan eksperimen laboratorium.

Terutama hal ini pada group 33 CIGRE dengan berdasarkan pengukuran bertahun-tahun pada saluran transmisi tegangan tinggi dan menara, telah dikembangkan model Elektris-geometris yang dapat menara transmisi.

Meskipun sampai sekarang belum dibuktikan bahwa model ini dapat diterapkan pada batang penangkal petir yang umum, tetapi ini merupakan satu-satunya teori daerah perlindungan yang memungkinkan untuk menerangkan semua phenomena sambaran (misalnya juga sambaran pada sisi suatu menara) dan menyatakan secara kwantitatip semua macam penangkal petir untuk dibuat.

Model : Elektris-geometris ini berpijak pada hipotesa :

Bila kepala kanal petir telah mendekati suatu obyek di bumi pada suatu jarak terkam akhir tertentu, maka akan terjadi sambaran ke obyek tersebut melalui jalan terpendek.

Panjang dari jarak terkam akhir hb tergantung dari besarnya harga puncak arus petir pemula.

i

hB = 2.i + 30. (1 e 6,8 ) dalam meter

i : harga puncak arus, dalam kA.

Hubungan ini menyatakan bahwa suatu kanal petir dengan arus petir yang lebih kecil akan mempunyai jarak terkam akhir ke suatu obyek di bumi yang lebih pendek dibanding dengan yang arus petirnya lebih besar.

Jika diinginkan suatu tingkat perlindungan yang semakin tinggi maka semakin kecil harga maksimum arus petir yang dipertimbangkan.

Tabel 3.1 : Jarak terkam akhir hB yang tergantung dari jumlah petir dengan harga minimum arus yang dipertimbangkan.

% Semua petir-petir yang dipertimbangkan 909999,9

Harga minimum arus puncak petir (dalam kA)7,73,11,6

Jarak terkam akhir hB (dalam meter)36179

Tabel 3.1 diatas memberikan harga-harga jarak terkam hB jika yang dipertimbangkan adalah 90,99 atau 99,9 % dari semua petir dengan harga-harga puncak arus petir pemula.

Tabel 3.2 : Hargaharga jarak terkam akhir hB untuk berbagai tingkat perlindungan yang diinginkan.

Tingkat perlindungan yang diinginkan

NormalTinggi Sangat tinggi

Jarak terkam akhir hB (dalam meter)402010

Tabel 3.2 ini memberikan harga-harga hB untuk berbagai tingkat perlindungan yang diinginkan yang diklasifikasikan dalam :

Normal : Bangunan-bangunan tempat tinggal, bangunan industri biasa

Tinggi : Bangunan-bangunan dengan kemungkinan bahaya meledak (explosive)

Sangat tinggi : Bangunan-bangunan yang jika terkena sambaran petir diluar perhitungan dapat menyebabkan akibat yang sangat fatal. Misal : Pusat tenaga nuklir.

b. Daerah perlindungan suatu penangkal petir

Model Elaktris-geometris denagn mengambil suatu harga jarak terkam akhir hB dari table 3.1 menentukan besarnya daerah perlindungan suatu penangkal petir tinggi h.

3.2.a. Daerah perlindungan suatu penangkal petir dengan tinggi h < hB :

Suatu kanal petir yang dating mendekati sampai permukaan batas A, akan terjadi sambaran ke batang penangkal petir.

Suatu kanal petir yang dating mendekat sampai permukaan batas S akan diikuti sambaran ke bumi.

Gambar II : Daerah perlindungan suatu batang penangkal petir dengan h < hB

Titik temu kedua permukaan batas A dan B ini adalah titik kritis PK yang dari titik ini dengan lengkungan jari-jari hB melalui puncak batang akan didapatkan suatu daerah perlindungan yang aman dari sambaran yang berbentuk rotary simetris yang dibatasi oleh permukaan batas C.

Kanal petir tidak dapat mendekati daerah perlindungan lebih pendek dari hB tanpa terjadi sebelumnya sambaran pada batang penangkal atau bumi sejarak hB.

Gambar III : Sudut ruang perlindungan suatu batang penangkal petir dengan h>hB

Daerah perlindungan dituliskan dalam sudut perlindungan Q sudut setengah kerucut dari batang tegak penangkal petir (lihat gambar).

( = arc Sin ( 1 _ h ) dalam derajat

hB

dengan : h < hB

h = tinggi batang tegak penangkal petir (dalam meter)

hB = jarak terkam akhir (dalam meter)

Tabel 3.3 menunjukkan sudut perhitungan ( suatu penangkal petir tinggi h, untuk beberapa tingkat perlindungan yang diinginkan.

Tabel 3.3 : Sudut perlindungan fungsi dari tinggi penangkal petir

Tinggi penangkal petir h

(dalam meter)Sudut perlindungan dengan tingkat perlindungan

NormalTinggi Sangat tinggi

5614930

1849300

153914-

20300-

3.2.b Daerah perlindungan suatu penangkal petir tegak dengan tinggi h > hB :

Analogi dengan bab 3.2.a maka untuk suatu penangkal petir yang sangat tinggi (misal suatu menara telekomunikasi) diperoleh suatu daerah perlindungan rotary simetris yang dibatasi oleh permukaan batas C.

Penangkal petir dengan tinggi h, dengan perlindungannya hanya seefektif seperti setinggi hB karena sampai tinggi ini ada kemungkinan bisa terjadi sambaran/terkaman samping.

Gambar IV : Daerah perlindungan suatu batang penangkal petir dengan

h > hB

3.2.c Daerah perlindungan suatu batang penangkal petir horizontal dengan tinggi h < hB:

Dari analogi seperti pada batang tegak penangkal petir tinggi h > hB, disini didapatkan suatu daerah perlindungan translatoris dengan dibatasi oleh permukaan C (gambar V).

Gambar V : Daerah perlindungan suatu penangkal petir horizontal dengan h < hB.

3.2.d Daerah perlindungan suatu batang penangkal patir horizontal dengan tinggi h > hB

Dibawah penangkal petir yang diperoleh suatu daerah perlindungan translatoris yang dibatasi oleh permukaan C.

Jika tinggi h > 2.hB maka penangkal petir ini sudah tidak berfungsi lagi (gambar VI).

Gambar VI : Daerah perlindungan suatu penangkal petir horizontal dengan h > hB

3.2.e Daerah perlindungan dua buah batang horizontal penangkal petir :

Gambar VII : Daerah perlindungan suatu penangkal petir dua batang horizontal

Gambar VIII : Daerah perlindungan dengan sudut perlindungan ( dua penangkal petir horizontal sama tinggi

Daerah perlindungan translatoris dibatasi oleh permukaan batas C yang ditarik dari titik kritis PK.

Untuk tinggi yang sama dari dua batang horizontal didapat susut perlindungan ( dimana :

( = arc Cos S dalam derajat

2 hB

dengan : S < hB

S = Jarak antara batang horizontal (dalam meter)

hB = Jarak terkam akhir (dalam meter)

Tabel 3.4 : Menunjukkan sudut perlindungan ( dari dua buah penangkal petir yang sama tinggi untuk beberapa tingkat perlindungan yang diinginkan.

Jarak dari penangkal petir

(dalam meter)Sudut perlindungan (dalam derajat)

Untuk beberapa tingkat perlindungan

NormalTinggi Sangat tinggi

5868376

10837660

15796841

2076600

257251-

306841-

356429-

40600-

Mantel logam

Isolasi

Pelapis penghantar dalam

Penghantar

Pelapis penghantar luar

Logam pelindung

Bantalan pelindung dalam

Bantalan pelindung luar

C10

c13 1 C12

3 2

C23 C20

c30 CCCC

Tt

K

Kering

300

Tt

K

K

K

K

K

K

K

K

60 m

12,5 m

Isolasi penjepit

Isolasi pengikat

Isolasi penghantar

Mantel Logam

Bantalan pelindung dalam

Logam pelindung

Lapisan pelindung luar

Mantel Logam

Isolasi

Mantel logam + pelindung Korosi

Bantalan pelindung luar

Isolasi pengikat

Penghantar

Matel logam

Terjadi peninggian kuat medan listrik, diatasi dengan pelapisan pada penghantar.

minyak

16 bar

8 bar

kabel minyak

1 bar

kabel massa

6 m

h

B

B

P

k

dahan

perlindungan

h

B

h

B

h

B

C

B

h

perlindungan

dahan

k

P

B

B

h

B

h

B

h

B

C

B

B

h

Penangkal

Petir

Batang

k

P

perlindungan

Daerah

h

B

P

k

h

B

h

B

A

B

Daerah

perlindungan

B

h

P

k

h

B

h

B

P

k

h

B

A

B

Daerah

perlindungan

P

k

batang

penangkal

h

B

h

B

P

k

h

B

h

B

A

B

h

B

B

P

k

h

B

Daerah

perlindungan

h

B

h

B

P

k

B

A

h

B

B

P

k

Daerah

perlindungan

h

B

h

B

h

B

C

B

h

B

h

B

P

k

P

k