Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

download Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

of 31

Transcript of Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    1/31

    BAB II

    KARAKTERISTIK LISTRIK PENGHANTAR

    Karakteristik listrik penghantar saluran transmisi terdiri atas konstanta-

    konstanta saluran yauti resistans (R), induktans (L), konduktans (G) dan

    kapasitans (C). Pada saluran udara besarnya konduktans sangat kecil sehingga

    dapat diabaikan untuk mempermudah perhitungan.

    2.1 Resistans

    Nilai resistans dc dari kawat penghantar dapat ditentukan melalui

    persamaan sebagai berikut :

     A

     L Rdc   ρ =   …………………………………………..(2.1)

    Dengan Rdc = resistans kawat saluran (ohm)

    L = panjang kawat (m)

    A = luas penampang penghantar (m2)

    ρ = resistivitas penghantar (ohm-m)

    Resistans konduktor dipengaruhi oleh faktor-faktor temperatur, pemilinan, dan

    frekuensi. Besarnya resistans konduktor berubah terhadap perubahan temperatur

    konduktor. Untuk nilai limit temperatur 10oC sampai 100

    oC, pada kawwat

    tembaga dan alumuniun nilai resistans dapat ditentukan dengan rumus :

    [ ])(1 12112 t t  R R t t t    −+=   α   ………………………………….(2.2)

    Dengan : Rt2 = tahanan pada temperatur t2 

    Rt1 = tahanan pada temperatur t1

    αt1 = Koefisien temperatur dari tahanan pada temperatur t1oC yang

    nilainya adalah :

    1

    1

    1

    t T ot 

    +=α   ………………………………………(2.3)

    To  = Konstanta temperatur yang besarnya tergantung pada jenis

    material konduktor

    Dengan subsitusi pers. (2.3) ke pers (2.2) maka diperoleh hubungan :

    1

    2

    1

    2

    t T 

    t T 

     R

     R

    o

    o

    +

    +=  …………………………………….(2.4)

    Harga – harga konstanta temperatur To  dan koefisien temperatur α untuk bahan-

    bahan konduktor standar ditunjukkan dalam tabel 2.1 dibawah ini. Pada tabel 2.2

    menunjukkan harga-harga resistivitas (tahanan jenis) berbagai bahan konduktor

    standar untuk kondisi berbagai temperatur.

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    2/31

    Tabel 2.1 Harga-harga To dan α untuk bahan-bahan konduktor standar

    Koefisien temperatur dari tahanan x 10-3

    Material Too

    C α0 α20  α25  α50  α75  α80  α100 Cu 100% 234,5 4,27 3,93 3,85 3,52 3,25 3,18 2,99

    Cu 97,5% 241,0 4,15 3,83 3,76 3,44 3,16 3,12 2,93

    Al 61% 228,1 4,38 4,03 3,95 3,60 3,30 3,25 3,05

    Tabel 2.2 Resistivitas dari bahan-bahan konduktor standar untuk berbagai

    temperatur

    Mikro – Ohm – Cm 

    Materialρ0 ρ20  ρ25  ρ50  ρ75  ρ80  ρ100 

    Cu 100% 1,58 1,72 1,75 1,92 2,09 2,12 2,26

    Cu 97,5% 1,63 1,77 1,80 1,97 2,14 2,18 2,31

    Al 61% 2,60 2,83 2,89 3,17 3,46 3,51 3,74

    Pada umumnya konduktor penghantar saluran transmisi merupakan

    konduktor berlilit (stranded conductor ) yang dipilin, maka distribusi arus menjadi

    tidak seragam pada luas penampang konduktornya dan kerapatan arus menjadi

    lebih tinggi dipermukaan konduktor, hal ini akan mengakibatkan nilai resistans

    arus bolak balik (Rac) konduktor menjadi lebih besar sekitar 2% dari nilai resistans

    arus searan (Rdc). Peristiwa ini dikenal sebagai efek kulit (skin effect ). Oleh

    sebab itu untuk mencari nilai resistansnya perlu dikoreksi dengan faktor pengali

    sebagai berikut :

    a.  Untuk konduktor padat (solid wire), faktor pengali : 1,0b.  Untuk konduktor pilin yang terdiri dari 2 lapis, faktor pengali : 1,01c.  Untuk konduktor pilin yang terdiri lebih dari 2 lapis, faktor pengali : 1,02

    Contoh soal 2.1

    Suatu konduktor 253 mm2 memiliki konduktivitas konduktor Cu 97,5%.

    a.   Hitunglah resistans konduktor pada temperatur 250C dalam ohm/km

    b.   Berapakah nilai resistans tersebut bila tmperatur naik menjadi 500C?.

    Jawab :

    a. Dari tabel 2.2 , resistivitas konduktor pada temperatur 25oC : ρ25 = 1,8 µΩ-

    cm, panjang l= 1km = 1x105

     cm, luas penampang A = 253 mm2

     = 253x10-2

     cm

    2.

    Dengan demikian :

    km x

     x x

     A R  / 1071,0

    10253

    101108,1

    2

    56

    2525   Ω= 

      

     ==

    −l ρ   

    Karena pada umumnya konduktor memiliki lebih dari 2 lapisan, maka

    besarnya resistans diatas perlu dikoreksi dengan faktor pengali 1,02.

    km R  / 0726,0)0711,0(02,125   Ω==  

    b. Konstanta temperator To = 2410C untuk Cu 97,5% (lihat tabel 2.1)

    Berdasarkan persamaan (2.4) :

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    3/31

     1

    2

    1

    2

    t T 

    t T 

     R

     R

    o

    o

    +

    +=  

    km Rt T 

    t T  R t 

    o

    ot   / 07782,0)0711,0(

    25241

    502411

    1

    22   Ω=

    +

    +=

    +

    +=  

    2.2 Medan Magnet Pada Kawat Lurus Berarus Listrik Arus listrik yang mengalir pada konduktor akan menghasilkan medan

    magnet disekitar konduktor tersebut

    Gambar 2.1 kawat konduktor lurus dialiri arus listrik

    Misalkan pada radius r dari pusat kawat konduktor lurus yang dialiri arus listrik,

    maka intensitas medan magnet pada radius r dapat dicari melalui hukum Ampere

    sabagai berikut :

    ∫   =r 

    r   I dl H 

    π 2

    0

      ………………………………….(2.5)

     I  H r 

    π 2=   ……………………………………(2.6)

    kerapatan medan magnet (untuk bahan non magnetik) pada radius r dari pusat

    konduktor adalah :

    r or   H  B   µ =   …………………………………….(2.7)

    Subsitusi pers.(2.6) ke pes.(2.7) diperoleh :

     I r  Bo

    π 

     µ 

    2=   …………………………………….(2.8)

    Dengan : B = kerapatan medan magnet (Wb/m2)

    µo = permeabilitas vakum = 4πx10-7

     

    r = jarak titik medan magnet dari pusat konduktor (m)

    I - Arus listrik (A)

    2.3 Induktans Konduktor Tunggal

    Pandanglah sebuah kawat konduktor yang panjang, lurus dan bulat

    dengan jari-jari r dan dialiri arus listrik I seperti ditunjukkan dalam gambar 2.2

    dibawah ini. Medan magnet yang timbul tidak hanya ada diluar konduktor tetapi

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    4/31

    terjadi juga didalam konduktor itu sendiri, oleh karena itu akan dihitung basarnya

    induktans baik didalam maupun diluar konduktor

    Gambar 2.2 Konduktor lurus , bulat dan panjang dialiri arus I

    2.3.1 Induktans konduktor yang disebabkan oleh fluks internal

    Medan magnet tidak saja terdapat diluar konduktor, tetapi sebagian ada

    didalam konduktor itu sendiri (internal). Untuk memperoleh nilai induktans yang

    teliti dari saluran transmisi maka baik fluks internal maupun fluks eksternalmasing-masing penghantar pelu dihitung. 

    Misalkan sebuah penampang kawat konduktor berjari-jari r dialiri arus I

    ditunjukkan dalam gambar dibawah ini.

    Gambar 2.3 fluks didalam konduktor

    Pada jarak x ( x < R) dari titik pusat konduktor, intensitas medan magnet Hx 

    dapat ditentukan melalui hukum Ampere sebagai berikut :

    ∫   = x

     x x  I dl H 

    π 2

    0

    . ……………………………………(2.9)

    Dengan Ix adalah arus yang melingkunginya pada radius x.Maka intensitas medan magnetnya adalah :

     x

     I  H   x x

    π 2=  ……….……………………………..(2.10)

    Sehingga arus yang melingkunginya adalah :

     x x  H  x I    π 2=   …………………………………..(2.11)

    Apabila fakor efek kulit diabaikan dan menganggap kerapatan arus

    serbasama pada penampang konduktor, maka berlaku hubungan :

    22 x

     I 

     I   x

    π π =   ……………………………….(2.12)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    5/31

    Subsitusi pers.(2.11) ke pers. (2.12) menghasilkan :

     xr 

     I 

     H  x 22π =  …………………………………(2.13)

    Kerapatan medan magnet (pada bahan non magnetik) pada radius x adalah :

     xr 

     I  B o x 22π 

     µ =   …………………………………(2.14)

    Dengan µo = permeabilitas vakum = 4πx10-7

     Fluksmagnet untuk daerah kecil dengan ketebalan dx adalah :

    dx xr 

     I dx Bd  o x x 22π 

     µ φ    ==   …………………………(2.15)

    Fluks lingkup :

    d  xr 

     I d 

     xd  o x x

    3

    42

    2

    2π 

     µ φ λ    =

     

      

     =  ………………………………..(2.16)

    Fluks lingkup total adalah :

    mWb I 

     xd  xr 

     I  o x

    o  / 82

    0

    3

    4int π 

     µ 

    π 

     µ λ    == ∫  …………………………..(2.17)

    Jadi induktans internal :

    m H  x

     I 

     L o  / 10

    2

    1

    8

    7int

    int

    −==

    π 

     µ λ   ……………………………..(2.18)

    Dari persamaan tersebut terlihat bahwa induktans internal tidak tergantung

    dengan radius konduktor itu sendiri.

    2.3.2 Induktans konduktor yang disebabkan oleh fluks lingkup eksternal

    Setelah mengetahui induktans internal dalam konduktor, sekarang akan

    dibahas besarnya induktans diluar konduktor. Pandanglah sebuah kawat

    konduktor lurus beradius r dialiri arus I seperti terlihat dalam gambar dibawah

    ini. Misalkan D1 dan D2 adalah radius diluar konduktor dengan D1 < D2.

    Gambar 2.4 fluks diluar konduktor pada radius diantara D1 dan D2

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    6/31

      Untuk menentukan induktans pada radius x yang terletak diantara D1 dan

    D2  maka kita anggap kerapatan arus serba sama dipenampang konduktor,

    sehingga jalur –jalur fluks yang ditimbulkan merupakan lingkaran konsentris,dengan demikian arus Ix  yang melingkupinya pada radius x sama dengan arus I

    yang mengalir pada konduktor yaitu :

     I  I  x   =   ……..…………………………….(2.19)

    Dengan demikian kerapatan medan magnet pada radius x :

     x

     I  H  B o xo x

    π 

     µ  µ 

    2== ………………………………(2.20)

    Differensial fluks untuk area dengan ketebalan dx adalah :

    dx x

     I d  Bd d  o x x xπ 

     µ φ λ 2

    === …………………………(2.21)

    Jadi dapat ditentukan fluks lingkup untuk daerah antara D1 dan D2 adalah dengan

    mengintegralkan pers. (2.21) :

    ) / (ln102

    1

    22

    1

    27

    2

    1

    2

    1

    mwb D

     D I  x

    dx x

     I dx

     x

     I  D

     D

     D

     D

    oo

    ext 

    −=

    == ∫ ∫π  µ 

    π 

     µ λ 

      …………………………………..(2.22)

    Induktans eksternal diantara D1 dan D2 adalah :

    ) / (ln1021

    27 m H  D

     D x Lext 

    −=  ………………………………….(2.23)

    2.4 Induktans pada dua kawat berfasa tunggal

    Misalkan tedapat dua buah kawat fasa  tunggal terbuat dari konduktor

    padat dan bundar. Penghantar pertama mengalirkan arus I1 dan penghantar kedua

    merupakan jalur balik dengan I2 = - I1. Kedua penghantar tersebut dipisahkan oleh

     jarak D, dengan masing-masing penghantar beradius r1  dan r2. Jalur-jalur fluks

    dari kedua penghantar ditunjukkan dalam gambar dibawah ini.

    Induktans pada kawat penghantar 1 akibat fluks internal dalam kawat itu sendiriadalah ( berdasarkan pers. 2.18) :

    ) / (102

    1 7int1 m H  x L

      −= ……………………………………(2.23)

    Mengacu pada pers. (2.23), maka fluks eksternal penghantar 1 :

    ) / (ln1021

    7

    1 m H r 

     D x L ext 

    −=  ………………………………(2.24)

    Jadi induktans total pada penghantar 1 adalah :

    ) / (1int11 m H  L L L ext +=  ……………………………(2.25)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    7/31

     

    ) / (10ln22

    1 7

    1

    1 m H  xr 

     D

     L  −

     

     

     

     

    += …………………………….(2.26)

    ) / (ln4

    1102

    1

    7

    1 m H r 

     D x L

     

      

     +=   − …………………………….(2.27)

    Karena 4 / 1ln4

    1e= , maka pers. (2.27) dapat dituliskan :

    ) / (lnln1021

    4 / 17

    1 m H r 

     De x L

     

      

     +=   −  ………….……………(2.28)

    Gambar 2.5 dua buah penghantar dengan penghantar pertama dialiri arus I1dan penghantar kedua merupakan jalur balik dengan I2 = -I1 

    Persamaan (2.28 ) diatas dapat ditulis kembali menjadi :

    ) / (ln1024 / 1

    1

    7

    1 m H er 

     D x L

    −= ……………………..(2.29)

    Dengan memisalkan : r1’= r1 e-1/4

     

    Maka persamaan (2.29) diatas menjadi :

    ) / (ln102'

    1

    7

    1 m H r 

     D x L  −=   ………………………….(2.30)

    Dengan demikian dapat ditentukan induktans pada penghantar 2 yaitu :

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    8/31

      ) / (ln102'

    2

    7

    2 m H r 

     D x L  −= ……………………………(2.31)

    Dengan r2’= r2 e-1/4 

    Induktans untuk seluruh rangkaian kedua kawat adalah :

    ) / (lnln102 / 

    2

     / 

    1

    7

    21 m H r 

     D

     D x L L L

     

      

     +=+=   − ..............(2.32)

    ) / (ln102 / 

    2

     / 

    1

    27

    m H r r 

     D x L

     

      

     =   −  ……………………….(2.33)

    ) / (ln102 / 

    2

     / 

    1

    2

    7 m H r r 

     D x L

     

     

     

     =   − ……………………..(2.34)

    Contoh soal 2.2

    Suatu saluran fasa tunggal dengan konduktor padat dan bundar terbuat dari

    97,5% tembaga, memiliki radius efektif 0,6706 cm. Apabila jarak antara kedua

    konduktor 1,5 cm, tentukanlah reaktans pada seluruh rangkaian tersebut pada

     frekuensi 50 Hz.

    Jawab:

    mcmr r  006706,06706,021   ===  

    m xer r  34 / 121 106107,8006706,0''   −− ===  

    kmmH m H 

     x x

    r r 

     D x L

     / 1131,1 / 1131,1

    )106107,8(

    5,1ln102ln102

    23

    27

     / 

    2

     / 

    1

    27

    ==

     

     

     

     =

     

     

     

     =

    −−

     µ 

     

    Reaktans untuk seluruh rangkaian :

    km x fL X  L  / 3495,0)101131,1)(50)(14,3(223 Ω===   −π   

    2.5 Fluks lingkup sebuah penghantar dalam suatu kelompok penghantar

    Jika sebuah penghantar terletak pada suatu kelompok penghantar lain yang

    terdiri dari n penghantar, dengan jumlah arus pada semua penghantar tersebuat

    adalah nol maka dapat dihitung fluks lingkup disekitar penghantar tersebut.

    Misalkan dalam satu kelompok terdapat n buah penghantar yang mana setiap

    penghantar dialiri arus listrik I1, I2, ……., In. Selanjutnya dimisalkan sebuah

    titik P yang jauh dari penghantar-penghantar seperti diperlihatkan dalam gambar

    dibawah ini, merupakan suatu titik yang akan dihitung besarnya fluks lingkup

    pada titik tersebut akibat arus I1 yang mengalir pada penghantar satu.

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    9/31

    PD1P

    D2PD3P

    DnP

    D12P   D13P

    D1nP

    1

    23

    Gambar 2.6 Kelompok penghantar yang terdiri dari n konduktor

    dengan titik jauh dari seluruh penghantar

    Jarak antara titi p dengan masing-masing penghantar dinyatakan dengan D1p,

    D2p,…..Dnp, sedangkan jarak dari penghantar pertama dengan penghantar-

    penghantar lainnya dinyatakan dengan D12, D13, …….D1n.Fluks lingkup pada penghantar 1 yang disebabkan oleh arus I1 pada penghantar itu

    sendiri tetapi tidak termasuk fluks diluar jarak titik P dapat ditentukan dengan

    mengacu pada pers. (2.26) dan pers. (2.30), yaitu :

    7

    1

    11

    11 10ln22

    −−

      

       +=  x

    r  D I  I Pλ  ……………………..(2.35)

    ) / (ln102'

    1

    17

    11 mWbr 

     D x PP

    −   =λ   ……………………..(2.36)

    Fluks lingkup pada penghantar 1 akibat arus I2 yang mengalir pada penghantar 2

    (tidak termasuk fluks diluar jarak titik P adalah :

    ) / (ln10212

    22

    7

    21 mWb D

     D I  x PP

    −   =λ  ………………..(2.37)

    Untuk Fluks lingkup pada penghantar 1 akibat arus I3  yang mengalir padapenghantar ke-3 (tidak termasuk fluks diluar jarak titik P )adalah :

    ) / (ln10213

    37

    31 mWb D

     D I  x

     p

    i p

    −   =λ  .........................(2.38)

    Fluks lingkup pada penghantar 1 akibat arus In yang mengalir pada penghantar ke-

    n (tidak termasuk fluks diluar jarak titik P adalah :

    ) / (ln1021

    7

    1 mWb D

     D I  x

    n

    nP

    nnP

    −   =λ  ………………(2.39)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    10/31

    Dengan demikian fluks lingkup pada penghantar ke-1 yang disebabkan oleh

    seluruh penghantar adalah :

    nPPPPP   −−−−   +++= 13121111   λ λ λ λ λ    L ………..…………………………(2.30)

     

      

     ++++=   −

    n

    nP

    n

    PPP

    P D

     D I 

     D

     D I 

     D

     D I 

     D I  x

    113

    33

    12

    22'

    1

    11

    7

    1 lnlnlnln102   LLλ  …(2.31)

    ( )nPnPPP

    n

    nP

     D I  D I  D I  D I  x

     D I 

     D I 

     D I 

    r  I  x

    lnlnlnln102

    1ln

    1ln

    1ln

    1ln102

    332211

    7

    113

    3

    12

    2'

    1

    1

    7

    1

    +++++

     

      

     ++++=

    LL

    LLλ (2.32)

    Dengan jumlah arus total dari seluruh penghantar nol, maka :

    021   =++++ ni  I  I  I  I    LL …………………………………..(2.33)

    Maka pada penghantar ke-n berlaku :

    )( 121   −++++−= nin  I  I  I  I  I    LL ………………………………..(2.34)

    Dengan mensubsitusikan pers (2.34) ke pers (2.32), didapat :

     

     

     

     +++++

     

      

     ++++=

    −−

    np

     pn

    n

    nP

    P

    np

    P

    np

    P

    n

    nP

     D

     D I 

     D

     D I 

     D

     D I 

     D

     D I  x

     D I 

     D I 

     D I 

    r  I  x

    )1(3322117

    113

    3

    12

    2'

    1

    1

    7

    1

    lnlnlnln102

    1ln

    1ln

    1ln

    1ln102

    LL

    LLλ 

    (2.35)

    Dengan memindahkan titik P ke jarak yang sangat jauh mendekati tak hingga,

    maka suku-suku yang mengandung :

    11)1(21

    ≈≈≈≈≈≈  −

    np

     pn

    np

    ip

    np

     p

    np

     p

     D

     D

     D

     D

     D

     D

     D

     DLL ……………………….(2.36)

    Jadi persamaan untuk fluks lingkup penghantar 1 menjadi :

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln1

    ln102113

    3

    12

    2'

    1

    1

    7

    1 mWb D

     I  D

     I  D

     I r 

     I  xn

    n  

      

     ++++=   − LLλ    (2.37)

    2.6 Induktans Pada Sistem Transmisi Tiga fasa dengan Konfigurasi Simetris

    Pandanglah sebuah sistem saluran transmisi 3 fasa dengan susunan konfigurasi

    delta seperti diperlihatkan dalam gambar dibawah ini. Jaran diantara masing –

    masing konduktor adalah sama atau simetris. Ketiga buah konduktor masing-

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    11/31

    masing memiliki ukuran yang sama dan terbuat dari bahan konduktor bulat dan

    padat, dengan radius setiap konduktor adalah r.

    3

    2

    d

    d   d

    1

     Gambar 2.7 Saluran 3 fasa konfigurasi delta simetris

    Misalkan arus yang mengalir pada masing – masing fasa adalah seimbang,

    dengan demikian : 0321   =++  I  I  I   

    Jarak antara konduktor adalah :

    d  D D D   === 231312  

    Fluks lingkup pada konduktor fasa 1 dengan mengacu pers (2.37) adalah :

    ) / (1ln1ln1ln10213

    3

    12

    2'

    1

    17

    1 mWb D

     I  D

     I r 

     I  x  

      

     ++=   −λ  ………..(2.38)

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln102 32'1

    1

    7

    1 mWbd 

     I d 

     I r 

     I  x  

      

     ++=   −λ  …….……..(2.39)

    Karena : 132  I  I  I    −=+  maka jika disubsitusikan ke persamaan (2.39) didapat :

    ) / (ln102

    ) / (1ln1ln102

    '

    1

    1

    7

    1'

    1

    17

    1

    mWbr 

    d  I  x

    mWbd 

     I r 

     I  x

     

      

     =

     

      

     −=

    −λ 

      ……………….(2.40)

    Karena ukuran konduktor sama, dengan demikian radius masing – masing

    konduktor adalah sama yaitu : r r r r    === 321 , dengan demikian :

    ) / (ln102'1

    7

    1 mWbr 

    d  I  x

     

     

     

     =   −λ  ……………………(2.41)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    12/31

     s D

    d  x

     I  L ln102 7

    1

    11

    −== λ 

    ……………………………..(2.42)

    Dengan Dengan :4 / 1

    '  −

    == rer  Ds  

    Karena arus mengalir simetris pada setiap fasa, maka :

    321   λ λ λ    ==  

    Dengan demikian induktans perfasa adalah :

     L L L L   === 321  

    ) / (ln2,0

    ) / (ln102 7

    KmmH  D

    m H  D

    d  x L

    s

    s

    =

    =  −

     …………………………………….(2.43)

    2.7 Induktans Pada Saluran Transmisi 3 fasa Konfigurasi Tak Simetris

    Apabila saluran transmisi 3 fasa dengan susunan konfigurasi yang tidak

    simetris seperti diperlihatkan dalam gambar dibawah ini, maka jarak diantara

    masing – masing konduktor tidak sama. Meskipun arus seimbang mengalir pada

    masing – masing fasa, namun jatuh tegangan pada saluran tidak akan seimbang,

    hal ini disebabkan induktans setiap konduktor fasa tidak sama.

    231312  D D D   ≠≠  

    Radius masing – masing konduktor adalah sama : r r r r    === 321  

    Fluks lingkup pada masing – masing fasa adalah :

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln10213

    3

    12

    2'1

    7

    1 mWbd 

     I d 

     I r 

     I  x

     

     

     

     ++=   −λ   ……..(2.44)

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln10223

    3'2

    21

    1

    7

    2 mWbd 

     I r 

     I d 

     I  x  

      

     ++=   −λ  ……..(2.45)

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln102'3'

    32

    2

    31

    1

    7

    3 mWb

     I 

     I 

     I  x

     

     

     

     ++=   −λ  …….(2.46)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    13/31

    3

    1

    2

    d12

    d13

    d23

     Gambar 2.8 Saluran 3 fasa konfigurasi tak simetriks

    Untuk kondisi seimbang :

    Gambar 2.9 Vektor perbedaan sudut pada masing-masing fasa

    0

    33

    0

    22

    0

    11 120,240,0   ∠=∠=∠=  I  I  I  I  I  I   

    Jika0

    1201∠=a  (operator), maka dengan I1 sebagai referensi :

    1

    2

    2  I a I   =   dan 13 aI  I   =  

    Dengan demikian induktans pada masing – masing konduktor dapat ditentukan :

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln1021312

    2

    '

    7

    1

    11 mWb

    d a

    d a

    r  x

     I  L

     

      

     ++==   −

    λ ……………….(2.47)

    Dengan memakai operator dan I2 sebagai referensi untuk induktans 2 dan I3 

    sebagai referensi untuk induktans 3 , maka diperoleh :

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln10223

    2

    '

    21

    7

    2

    22 mWb

    d a

    r d a x

     I  L

     

      

     ++==   −

    λ …………..(2.48)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    14/31

    ) / (1

    ln1

    ln1

    ln102'

    3231

    27

    3

    33 mWb

    r d a

    d a x

     I  L

     

     

     

     ++==   −

    λ …………..(2.49)

    2.8 Induktans Pada Saluran 3 Fasa Tak Simetris yang Ditransposisi

    Pada saluran 3 fasa yang tidak simetris, akan mengakibatkan induktans

    masing-masing fasa menjadi tidak sama, keadaan ini menimbulkan sistem

    menjadi tidak seimbang, akibatnya drop tegangan pada masing-masing fasa

    menjadi tidak sama, meskipun arus yang mengalir pada masing-masing fasa sama

    besar. Agar saluran menjadi simetris, maka perlu dilakukan transposisi yaitu

    pertukaran posisi dari setiap fasa pada setiap jarak tertentu secara teratur

    sedemikian rupa sehingga setiap penghantar akan mendapatkan posisi semula

    penghantar yang lain pada suatu jarak yang sama. Gambar 2.10 memperlihatkan

    cara-cara transposisi untui sistem saluran 3 fasa tak simetris.

    11

    2

    3

    2

    D12

    D23

    D13   1

    12

    2

    3

    3

    3

     

    Gambar 2.10 Sistem konfigurasi transposisi saluran 3 fasa

    Apabila penghantar fasa ditransposisikan secara teratur maka induktans

    perfasa diperoleh dari nilai rata-ratanya yaitu :

    3

    321  L L L L  ++

    =  ……………………………………………….(2.50)

    Dengan harga-harga L1, L2  dan L3  yang diperoleh dari persamaan-persamaan

    (2.47), (2.48) dan (2.49), yang selanjutnya disubsitukikan ke pers. (2,50), maka

    diperoleh :

      

       −−−=

    132312

    7 1ln1ln1ln'

    1ln33

    102

     D D Dr 

     x L  ………………………(2.51)

    Catatan : 1240112012

    −=∠+∠=+ ooaa

    '

    3 / 1

    1323127

    3 / 1

    132312

    7

    )(ln102

    )(

    1ln

    '

    1ln102

     D D D x

     D D Dr  x L

    =

     

      

     −=

     ……………………..(2.52) 

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    15/31

    Atau untuk induktans perfasa per kilometer panjang adalah :

    kmmH  D

    GMD Ls

     / ln2,0= …………………………….(2.53)

    Dengan : GMD = Geometric Mean Distance (jarak rata-rata geometris)

    3132312  D D DGMD =  

    Ds = r’ radius rata-rata geometris (GMR)

    2.8 Induktans Pada Konduktor Komposit

    Pada perhitungan induktans dan fluks lingkup yang telah dibahas

    sebelumnya, hanya berlaku untuk konduktor bulat dan padat, namun pada

    prakteknya konduktor yang digunakan merupakan konduktor berlilit (stranded

    conductor) dan konduktor terpadu (composite conductor). Konduktor terpaduterbuat dari 2 buah elemen atau serat yang secara elektris terhubung paralel.

    Untuk menghitung induktans pada konduktor terpadu, pandanglah saluran fasa

    tunggal yang terdiri dari dua buah konduktor terpadu yaitu konduktor x dan y

    seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah ini.

    Gambar 2.11 Saluram 1 fasa terdiri dari dua konduktor terpadu

    Konduktor x terdiri dari subkonduktor-subkonduktor yang identik satu

    sama lainnya dengan jumlah subkonduktor adalah n. Konduktor y terdiri dari

    subkonduktor-subkondukor yang identik satu sama lainnya yang jumlahnya

    adalah m subkonduktor. Misalkan arus I ampere mengalir pada penghantar x

    yang terdiri dari n buah subkonduktor, maka arus yang mengalir pada masing-masing subkonduktor adalah : I / n ampere. Misalkan penghantar y yang terdiri

    dari m konduktor merupakan jalur baliknya, sehingga penghantar y dialiri arus – I

    ampere, dengan demikian masing-masing subkonduktor pada penghantar y dialiri

    arus : - I / m ampere.

    Untuk menghitung fluks lingkup pada subkonduktor a (pada penghantar x), maka

    dapat ditentukan sebagai berikut ;

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    16/31

     

     

      

     ++++−

     

     

     

     ++++=

    m

    n

     D D D Dm

     I  x

     D D Dr n

     I  x

    1'13'12'11

    7

    11312

    '

    1

    7

    1

    1ln

    1ln

    1ln

    1ln102

    1ln

    1ln

    1ln

    1ln102

    LL

    LLλ 

    …..(2.54)

    Atau dapat ditulis menjadi :

    nn

    mm

     D D Dr 

     D D D D I  x

    113121

    1'13'12'117

    1'

    ln102+++++

    ++++=   −

    L

    Lλ  …………(2.55)

    Induktans subkonduktor penghantar 1 adalah :

    nn

    mm

     D D Dr 

     D D D D xn

    n I  L

    113121

    1'13'12'11711

    'ln102

     /    +++++

    ++++==   −

    L

    Lλ …………(2.56)

    Induktans subkonduktor penghantar 2 adalah :

    nn

    mm

     D Dr  D

     D D D D xn

    n I  L

    223221

    2'23'22'21722

    'ln102

     /    ++++

    ++++==   −

    L

    Lλ …………(2.57)

    Dengan cara yang sama seperti diatas, dapat diperoleh nilai-nilai induktans padasubkonduktor lainnya dalam kelompok penghantar x.

    Induktans rata-rata pada salah satu subkonduktor dalam kelompok penghantar x

    adalah :

    n

     L L L L L nv

    ++++=

      L3211 ………….……………..(2.58)

    Jika semua subkonduktor dalam kelompok x paralel maka dapat dicari besarnya

    induktans penghantar x :

    2

    3211

    n

     L L L L

    n

     L

     Lnv

     X 

    ++++

    ==

      L

    …………………..(2.59)

    Dengan mensubsitusikan nilai-nilai induktans masing-masing subkonduktor

    dalam kelompok penghantar x ( L1, L2,………,Ln) ke pers.(2.59), maka akan

    dipeoleh hasil akhir sebagai berikut :

    ) / (ln102 7 m H GMR

    GMD x L

     X 

     X 

    −= ……………………….(2.60)

    Dengan :

    GMD (Geometric Mean Distance) yaitu jarak rata-rata geometris

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    17/31

      ( )( ) ( )nm nmnnmm  D D D D D D D D DGMD . '2'12'22'211'12'11   LLLLL=  ….(2.61)

    GMR (Geometric Mean Radius) yang merupakan radius rata-rata geometris dari

    penghantar yang terdiri dari n subkonduktor. Untuk penghantar x diatas maka :

    ( )( ) ( )2. 212222111211n nmnnnn x  D D D D D D D D DGMR   LLLLL=   …….(2.62)

    2.9 GMR Konduktor Berkas

    Pada saluran transmisi tegangan ekstra tinggi ( diatas 230 kV), kontruksi

    penghantar biasanya tersusun atas konduktor berkas (bundled conductor ), yang

    berguna untuk mengurangi tegangan gradien permukaan konduktor ,sehingga

    dapat mengurangi rugi korona, gangguan interferensi radio, dan impedans surja.

    Disamping itu mengurangi reaktans saluran sehingga mampu meningkatkankapasitas saluran. Ada berbagai macam susunan konfigurasi konduktor berkas

    yaitu diantaranya terdiri dari 2 , 3 dan 4 subkonduktor yang tersusun simetris.

    Gambar 2.12 Beberapa bentuk susunan konfigurasi konduktor berkas

    2.9.1 Dua subkonduktor berkas

    Radius rata-rata geometris (GMR) untuk konduktor berkas yang tersusun

    atas dua buah subkonduktor seperti ditunjukkan dalam gambar 2.13, dapat

    ditentukan sebagai berikut : Jika Ds  adalahGMR untuk masing-masing sub

    konduktor maka GMR untuk konduktor berkas diperoleh sebagai berikut :

    ( )( )2222211211

     D D D D Db

    s

      =  ……………………………(2.63)

    dengan

    Dsb = GMR konduktor berkas

    D11 = D22 = Ds ( GMR atau radius efektif) pada masing-masing subkonduktor 1

    dan 2)

    D12 = D21 = d (jarak antara subkonduktor)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    18/31

    1

    d

    2

     Gambar 2.13 Dua buah subkonduktor berkas

    Maka persamaan diatas menjadi :

    ( )( )

    ( )

    ( )d  D

    d  D

    d  Dd  D D

    s

    s

    ss

    b

    s

    =

    =

    =

    4 2

    22

    ……………………………………(2.64)

    2.9.2 Tiga subkonduktor berkas

    Pada konduktor berkas yang terdiri dari 3 buah subkondukor dengan

    susunan konfigurasi delta seperti ditunjukkan dalam gambar 2.14 dibawah ini,

    maka GMR konduktor berkas dapat ditentukan sebagai berikut :

    D11 = D22 = D33 = Ds (GMR pada masing-masing subkonduktor 1,2 dan 3)D12 = D21 = D23 = D32 =D13 = D31 = d

    1

    d

    2

    d d

    3

     

    Gambar 2.14 Tiga buah subkonduktor konfigurasi delta

    ( )( )( )23 333231232221131211  D D D D D D D D D Db

    s   = …………….(2.65)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    19/31

    ( )( )( )23sss

    b

    s  Dd d d  Dd d d  D D   =  

    ( )3 2

    9 3

    d  D

    d d  D D

    s

    s

    b

    s

    =

    = ……………………………(2.66)

    2.9.3 Empat subkonduktor berkas

    Pada konduktor berkas yang terdiri dari 4 buah subkondukor dengan

    susunan konfigurasi delta seperti ditunjukkan dalam gambar 2.15 dibawah ini,

    maka GMR konduktor berkas dapat ditentukan sebagai berikut :

    1d

    2

    d d

    3

    4

    d

     Gambar 2.15 Empat subkonduktor konfigurasi bujur sangkar

    D11 = D22 = D33 = D44 = Ds 

    D12 = D21 = D23 = D32 = D34 = D43 = D14 = D41 = d

    D13 = D32 = D24 = D42 = (d2 +d

    2)1/2

     

    ( )( )( )( )2

    4 44434241343332312423222114131211  D D D D D D D D D D D D D D D D Dbs   =  … (2.67)

    ( )16 42 / 12d d d  D D sb

    s   =  

    4 309,1 d  Ds=   ………………………………………….(2.68)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    20/31

    Contoh soal 2.3 :

    Sebuah sistem transmisi 3 fasa menggunakan konfigurasi konduktor berkas

    seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah ini. Setiap subkonduktor berkasmemiliki radius efektif 0,0142 meter. Berapakah reaktans per-fasa untuk sistem

    konfigurasi seperti ini.

    d dd

    8m 8m

    a   a' b'b   c'c

    d = 0,45m 

    Jawab :

    Untuk setiap fasa yang terdiri dari 2 buah subkonduktor berkas, maka GMRkonduktor berkas adalah :

    md  D D sb

    s 080,0)45,0)(0142,0(   ===  

    Jarak rata-rata geometris ekivalen (GMD) untuk saluran 3 fasa tersebut adalah :

    m D D DGMD  AC  BC  AB 08,10)16)(8)(8(33 ===  

    kmmH m H  x

     xm H  D

    GMD x L

    s

     / 9673,0 / 109673,0

    080,0

    08,10ln102) / (ln102

    06

    77

    ==

    ==

    −−

     

    2.10 Induktans Pada Saluran Transmisi Tiga Fasa Rangkaian GandaTinjaulah sebuah saluran 3 fasa sistem rangkaian ganda dengan

    konfigurasi seperti ditunjukkan dalam gambar 2.16 dibawah ini. Rangkaian

    beroperasi dengan konfigurasi a1-a2  , b1-b2, dan c1-c2  paralel. Karena susunan

    konfigurasi geometris tidak simetris, maka dilakukan transposisi pada masing-

    masing kawat fasa dalam kelompoknya. Metoda GMD dapat dipakai untuk

    menentukan induktans perfasanya. Untuk ini mari kita kelompokkan fasa-fasa

    indentik secara bersama dan menggunakan persamaan (2.61) untuk mendapatkan

    GMD antara fasa.

    a1

    a2

    b2b1

    c1

    c2

     Gambar 2.16 Rangkaian ganda yang ditransposisi

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    21/31

     

    422122111

    422122111

    422122111

    cacacaca AC 

    cbcbcbcb BC 

    babababa AB

     D D D D D

     D D D D D

     D D D D D

    =

    =

    =

     ………………………………(2.68)

    GMD ekivalen perfasa adalah :

    3 AC  BC  AB  D D DGMD =   ……………………………….(2.69)

    Misalkan radius efektif (GMR) untuk masing – masing kawat fasa adalah Ds 

    Maka GMR untuk masing-masing fasa :

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )214 2

    214

    21

    214 2

    214

    21

    214 2

    214

    21

    )(

    )(

    )(

    12

    12

    12

    ccsccssccccssC 

    bbsbbssnbbbssB

    aasaassaaaassA

     D D D D D D D D D

     D D D D D D D D D

     D D D D D D D D D

    ===

    ===

    ===

    …………(2.70)

    GMR ekivalen untuk perhitungan induktans perfasa terhadap netral diperoleh :

    3sC sBsA L  D D DGMR   =   …………………………………….(2.71)

    Induktans perfasa adalah :

    ) / (ln102,0 7 m H GMR

    GMD x L

     L

    −=  

    atau :

    ) / (ln2,0 kmmH GMR

    GMD L

     L

    = ……………………………(2.72)

    Contoh soal 2.4 :

    Sebuah saluran transmisi 3 fasa ganda memiliki konfigurasi seperti diperlihatkan

    dalam gambar dibawah ini. Konduktor pada masing – masing fasa identik terbuat

    dari kawat telanjang ACSR 152mm2 , 26/7. Apabila frekwensi tegangan adalah 50

     Hz, tentukanlah reaktans saluran transmisi tersebut dalam ohm/km perfasa.

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    22/31

    10m

    10m

    18m

    18m

    21m

    a

    a'

    b   b'

    c

    c'

     

    Jawab :

    GMR (radius efektif) untuk masing-masing konduktor fasa ACSR 152mm2. 26/7

    adalah : Ds = 0,7010 cm = 0,00701 m

    Jarak :

    m D D D D

    m D D D D

    cbbabcab

    cbbcbaab

    9,21105,19

    1,105,110

    22

    ''''

    22

    ''''

    =+====

    =+==== 

    GMD antara fasa

    97,18)20)(18)(18)(20(

    88,14)1,10)(9,21)(9,21)(1,10(88,14)1,10)(9,21)(9,21)(1,10(

    44''''

    44''''

    44

    ''''

    ===

    ======

    cacaacac AC 

    cbcbbcbc BC 

    babaabab AB

     D D D D D

    m D D D D Dm D D D D D

     

    GMD ekivalen

    m D D D D  AC  BC  ABeq 1,16)97,18)(88,14)(88,14(33 ===  

    Jarak antar penghantar a-a’, dan c-c’ adalah :

    m D D ccaa 9,26182022

    ''   =+==  

    Jarak antar penghantar b-b’ :

    m Dbb 21'  =  

    GMR masing-masing kelompok fasa

    m D D D D D D D aassaaaassA 4342,0)9,26)(00701.0())(( '4

    ''   ====  

    m D D D D D D D bbssbbbbssB 3837,0)21)(00701.0())(( '4

    ''   ====  

    m D D D D D D D ccssccccssC  4342,0)9,26)(00701.0())(( '4

    ''   ====  

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    23/31

    Jadi GMR untuk rangkaian 3 fasa ke netral adalah :

    m D D DGMR sC sBsA L 269,0)3837,0()4342,0()(3 23 ===  

    Induktans per-fasa:

    kmmH 

    kmmH GMR

    GMD L

     L

     / 818,0269,0

    1,16ln2,0

    ) / (ln2,0

    ==

    =

     

    Reaktans per-fasa : kmkmm X   / 256,0 / 85,256)818,0)(50)(14,3(2   Ω=Ω==  

    2.11 Kapasitans Saluran

    Pada sistem saluran transmisi akan muncul kapasitans diantara masing-

    masing konduktor sebagai akibat adanya beda potensial diantara fasa. Sejumlah

    kapasitans diantara konduktor merupakan fungsi dari ukuran, jarak dan ketinggian

    dari permukaan tanah. Definisi kapasitans C adalah perbandingan muatan q

    terhadap tegangan V, sebagaimana diberikan oleh persamaan :

    qC  =  …………………………………………(2.73)

    Misalkan sebuah konduktor bulat panjang dengan radius r, membawa suatu

    muatan listrik q coulomb per meter panjang seperti ditunjukkan dalam gambar

    dibawah ini.

    Gambar 2.17 Medan listrik disekitar konduktor bulat panjang bermuatan q

    Garis-garis fluks listrik keluar dari konduktor bermuatan secara radial seperti

    dilukiskan dalam gambar diatas. Fluks listrik total secara numeris sama dengan

    nilai muatan pada konduktor. Berdasarkan hukum Gauss, untuk satu meter

    panjang konduktor, kerapatan fluks listrik pada selinder untuk radius  x  meter

    dipenuhi dengan persamaan :

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    24/31

     )1(2  x

    q

     A

    q D

    π ==  ………………………………………….(2.74)

    Intensitas medan listrik dapat diperoleh melalui hubungan :

    0ε 

     D E  = ……………………………………………………(2.75)

    Dengan εo = permitvitas udara ( 8,85x10-12

     F/m)

    Subsitusi persamaan (2.73) & (2.74) ke persamaan (2.75) diperoleh :

     x

    q E 

    oπε 2=  

    Perbedaan potensial diantara selinder dari posisi D1  ke D2  yang didefinisikan

    sebagai kerja yang dilakukan untuk menggerakkan muatan 1 coulomb dari D2 keD1 melaui medan listrik yang dihasilkan oleh muatan dalam konduktor adalah :

    ∫ ∫   ===2

    1

    2

    11

    212 ln

    22

     D

     D

     D

     Doo  D

     Dqdx

     x

    qdx E V 

    πε πε  …………………………(2.76)

    V12 merupakan jatuh tegangan dari posisi 1 relatif ke posisi 2.

    2.12 Kapasitans Pada Saluran Satu Fasa

    Misalkan sebuah saluran satu fasa yang terdiri dari dua buah konduktor

    bulat padat yang masing-masing memiliki radius sama yaitu r. Kedua konduktor

    dipisahkan dalam jarak D seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah ini.

    q1 q2

    D

    r r

     Gambar 2.18 Penampang saluran satu fasa dua konduktor

    Konduktor pertama membawa muatan q1 C/m, dan konduktor kedua membawa

    muatan q2 C/m.

    Diasumsikan bahwa hanya konduktor pertama sendiri yang memiliki muatan q1 ,

    sehingga tegangan antara konduktor 1 dan 2 adalah :

     DqV 

    o

    qln

    21

    )(12 1 πε =  …………………………………………..(2.77)

    Selanjutnya diasumsikan hanya konduktor ke dua saja yang memiliki muatan q2,

    sehingga tegangan antara konduktor 2 dan 1 adalah :

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    25/31

     r 

     DqV 

    o

    qln

    22

    )(21 2 πε = …………………………………………(2.78)

    Apabila : )(21)(12 22 qq V V    −= ………………………………………..(2.79)

    Maka :

     D

    r qV 

    o

    q ln2

    2)2(12

    πε = ………………………………………..(2.80)

    Berdasarkan prinsip superposisi, maka beda potensial antara konduktor 1 dan 2

    akibat kedua buah muatan masing-masing q1 dan q2 adalah :

     Dr q

    r  DqV V V 

    oo

    qq ln2

    ln2

    21)2(12)1(1212

    πε πε +=+= ……………………..(2.81)

    Pada saluran satu fasa : q2 = - q1 = -q,

    Maka jika disubsitusikan ke pers. (2.81), didapat :

     Dq

    volt r 

     Dq

     D

     Dq

     D

    r q

     DqV 

    o

    o

    o

    oo

    ln

    )(ln2

    lnln2

    ln2

    ln2

    2

    2

    12

    πε 

    πε 

    πε 

    πε πε 

    =

    =

     

      

     −=

    −=

     

    Jadi kapasitans antara konduktor 1 dan 2 adalah :

    ) / (

    ln1212 mF 

     DV 

    qC  o

    πε ==  ………………………………….(2.82)

    1 2C12 

    Gambar 2.19 Kapasitans antara dua buah konduktor

    Dalam model saluran transmisi, tidak hanya kapasitans antara dua buah konduktor

    saja yang diperlukan untuk analis, tetapi kapasitans antara konduktor dan tanah

    perlu diketahui juga. Gambar 2.20 melukiskan kapasitans antara konduktor

    dengan tanah (netral), dimana harga kapasitans adalah :

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    26/31

      ) / (

    ln

    22 1221 mF 

     DC C C  onn

    πε === …………………………..(2.83)

    1 2C1n C2n

    n

     Gambar 2.20 Kapasitans antara konduktor dan tanah

    ) / (

    ln

    0556,021 kmF 

    r  D

    C C  nn   µ == ………………………………..(2.84)

    2.13 Beda Potensial Pada Konfigurasi Saluran Multikonduktor

    Pandanglah suatu saluran yang terdiri dari rangkaian paralel n konduktor,

    dengan masing-masing konduktor bermuatan q1, q2,……,qn  coloumb/meter

    seperti diperlihatkan dalam gambar 2.21 dibawah ini.

    q2   q3

    qn

    qi

    q j 

    Gambar 2.21 Saluran dengan konfigurasi multikonduktor

    Diasumsikan bahwa muatan terdistribusi seragam disekeliling konduktor, dan

     jumlah seluruh muatan adalah nol.

    021   =+++ nqqq   LL   …………………………………(2.85)

    Berdasarkan prinsip superposisi sebagaimana pers. (2.81), maka beda potensial

    diantara konduktor ke-1 dan ke-2 adalah :

     

      

     +++++=

    141

    424

    31

    323

    21

    222

    11

    12112

    2lnlnlnlnln2

    1

    n

    n

    n

    o  D

     Dq

     D

     Dq

     D

     Dq

     D

     Dq

     D

     DqV    L

    πε …(2.90)

    Persamaan (2.90) secara umum dapat dituliskan dalam bentuk sederhana untuk

    beda potensial antara konduktor ke-i dan ke-j:

    ∑=

    =n

    k  ki

    kj

    o

    ij

     D

     DqV 

    1

    ln

    2

    1

    πε 

    ………………………………(2.91)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    27/31

    Dengan k = i, dalam kasus Dii, ini berarti merupakan radius konduktor yang ke-i.

    2.14 Kapasitans Saluran Sistem Tiga Fasa Dengan Jarak Pemisah Sama

    Pada sistem saluran tiga fasa dengan konfigurasi delta yang memiliki jarak

    simetris antar ketiga konduktor seperti ditunjukkan dalam gambar dibawah ini.

    3

    2

    D

    D   D

    1

     Gambar 2.21 Saluran tiga fasa yang simetris konfigurasi delta

    Ketiga buah konduktor memiliki radius r yang sama dan jarak antar masing-

    masing konduktor adalah sama : D12 = D23= D13 = D.

    Kapasitans antara konduktor dapat dihitung dengan memakai persamaan (2.91).

     

      

     ++=

     

     

     

     ++=

     D

     Dq

     D

    r q

     Dq

     D

     D

    q D

     D

    q D

     D

    qV 

    o

    o

    lnlnln2

    1

    lnlnln2

    1

    321

    31

    323

    21

    222

    11

    12112

    πε 

    πε 

    ………………………………..(2.92)

     

      

     ++=

     

      

     ++=

     D

    r q

     D

     Dq

     Dq

     D

     Dq

     D

     Dq

     D

     DqV 

    o

    o

    lnlnln2

    1

    lnlnln2

    1

    321

    31

    333

    21

    232

    11

    13113

    πε 

    πε 

    ………………………………..(2.93)

     

      

     

     

      

     ++=

     

      

     

     

      

     ++

     

      

     ++=+

     D

    r qq

     Dq

     D

     D

     D

    r q

     D

     D

     D

    r q

     DqV V 

    ln)(ln22

    1

    lnlnlnlnln22

    1

    321

    0

    321

    0

    1312

    πε 

    πε  ………….(2.94)

    Dengan mengganggap bahwa tanah sangat jauh sehingga pengaruhnya dapat

    diabaikan, dan sistem adalah simetris sehingga jumlah total ketiga muatan adalah

    nol :

    0321   =++ qqq  …………………………………………………..(2.95)

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    28/31

      112 qqq   −=+  

      

       −=+

     D

    r q

     DqV V  lnln2

    2

    111

    0

    1312πε 

     

     

      

     =+

     DqV V  ln3

    2

    11

    0

    1312πε 

     …..……………………………………….(2.96)

    Hubungan antara tegangan fasa – fasa dan fasa – netral adalah :

    )5,0866,0(3303 10

    112  jV V V  nn   +=∠=   …………………………(2.97)

    )5,0866,0(3303 10

    13113  jV V V V  nn   −=−∠=−= ………………….(2.98)

    nV V V  11312 3=+  ……………………………………………………(2.99)

    Subsitusi pers.(2.99) ke pers. (2.100) diperoleh :)(ln

    2 0

    11 volt 

     DqV n

    πε =  ………………………………………….(2.100)

    Jadi kapasians ke netral adalah :

    ) / (

    ln

    2 0

    1

    1 mF 

     DV 

    qC 

    n

    πε == ………………………………………(2.101)

    atau :

    ) / (

    ln

    0556,0

    1

    1 mF 

    r  DV 

    qC 

    n

     µ ==  ………………………………(2.102)

    2.14 Kapasitans Saluran Sistem Tiga Fasa Dengan Jarak Pemisah Tak Sama

    Pada saluran transmisi 3 fasa dengan jarak pemisah tak simetris, maka

    saluran tersebut ditransposisi seperti ditunjukkan dalam gambar 2.22 dibawah

    ini. Misalkan setiap konduktor memiliki radius r yang sama, dan sistem 3 fasa

    dalam keadaan seimbang, sehingga muatan total dari ketiga fasa adalah nol

    (seperti pada pers. 2.94)

    1

    1

    2

    3

    2

    D12

    D23

    D13   1

    12

    2

    3

    3

    3

    III III  Gambar 2.22 Saluran 3 fasa dengan jarak tak sama yang ditransposisi

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    29/31

    Anggap efek tanah diabaikan, dan saluran ditransposisikan pada jarak yang sama.

    Untuk itu beda potensian antara fasa 1 dan fasa 2 (V12) dihitung masing-masing

    untuk setiap seksi yang ditransposisi.Pada seksi 1 :

     

      

     ++=

    13

    233

    12

    212

    1)(12 lnlnln2

    1

     D

     Dq

     D

    r q

     DqV 

    o

     I πε 

    ………………….(2.103)

    Pada seksi II :

     

      

     ++=

    12

    133

    23

    223

    1)(12 lnlnln2

    1

     D

     Dq

     D

    r q

     DqV 

    o

     II πε 

    ………………….(2.104)

    Pada seksi III :

      

       ++=

    23

    123

    13

    213

    1)(12 lnlnln2

    1 D Dq

     Dr q

    r  DqV 

    o

     III πε 

    …………………..(2.105)

    Nilai rata-rata adalah :

    Pada seksi II :

     

      

     ++=

    132312

    1323123

    132312

    3

    23

    132312112 lnlnln

    2)3(

    1

     D D D

     D D Dq

     D D D

    r q

     D D DqV 

    oπε …..(2.106)

     

     

     

     +=

    3 / 1

    132312

    2

    3 / 1

    132312112

    )(

    ln)(

    ln

    2

    1

     D D D

    r q

     D D DqV 

    oπε 

    ……….………(2.107)

     

      

     +=

    GMD

    r q

    GMDqV 

    o

    lnln2

    12112

    πε ……………..…………………..(2.108)

    Dengan :

    3132312  D D DGMD =  ………………………………………….(2.109)

    Dengan cara sama seperti diatas maka diperoleh untuk beda potensial fasa 1 dan

    fasa 3 adalah :

        +=

    GMDr q

    r GMDqV 

    o

    lnln2

    1 3113πε 

    ………………………………….(2.110)

    Persamaan (2.109) dijumlah dengan pers.(2.110) sehingga didapat :

     

      

     ++=+

    GMD

    r qq

    GMDqV V 

    o

    ln)(ln22

    13211312

    πε ……………………(2.111)

    Apabila beban simetris, maka 132 qqq   −=+ , sehingga jika disubsitusikan ke

    pers. (2.110), memberikan hasil :

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    30/31

     

     

      

     =

     

      

     −=+

    GMDq

    GMD

    r q

    GMDqV V 

    o

    o

    ln2

    3

    lnln22

    1

    1

    111312

    πε 

    πε 

     …………………………(2.112)

    Untuk keadaan tegangan seimbang maka :

    0

    1

    0

    113

    0

    1

    0

    112

    2400

    1200

    −∠−∠=

    −∠−∠=

    nn

    nn

    V V V 

    V V V   …………………………………………(2.113)

    Oleh karena itu :

    nV V V  11312 3=+  ……………………………………………………..(2.114)

    Subsitusi pers.(2.112) ke pers.(2.114) didapat :

     

      

     = r 

    GMDqV 

    o

    n ln211

    πε  ……………………………………………(2.115)

    Jadi kapasians ke netral diperoleh :

    ) / (

    ln

    2 0

    1

    1 mF 

    GMDV 

    qC 

    n

    πε == ……………………………………….(2.116)

    atau :

    ) / (

    ln

    0556,0kmF 

    GMDC    µ = …………..………………………………(2.117)

    Contoh soal 2.5

    Sebuah sistem saluran transmisi 500 kV tersusun dari konduktor ACSR 644mm2 ,

    dengan radius efektif 0,01473 m, memiliki konfigurasi seperti ditunjukkan dalam

    gambar dibawah ini.

    a   b   c

    6 m   6 m

     Jawab :

    m D

    m D D

    ac

    bcab

    12

    6

    =

    == 

    Radius efektif : r = 0,01473 m

    Jarak rata-rata geometris (GMD) untuk saluran tersebut diperoleh :

    m D D DGMD acbcab 56,7)12)(6(3 23 ===  

    ) / (

    ln

    0556,0kmF 

    GMDC    µ =  

  • 8/16/2019 Kawat Penghantar Transmisi Daya Listrik

    31/31

     

    ) / (0089,001473,0

    56,7ln

    0556,0

    kmF C    µ ==