MODUL 14 8.2. Langkah-langkah perhitungan gangguan kilat pada menara Untuk menghitung gangguan kilat pada menara, yaitu gangguan karena lompatan api balik (back flaschover), digunakan teori gelombang berjalan dan langkah-langkah perhitungannya diberikan dibawah ini. Pada SUTET dan SUTUT digunakan harga ratarata. Hal tersebut adalah sebagai akibat dari anggapan bahwa kilat yang menyambar kawat tanah jauh dari menara pada SUTET dan SUTUT tidak menimbulkan lompatan api, sedang SUTT dianggap masih menimbulkan lompatan api.
8.2.1. Menghitung impedansi surja kawat tanah dan faktor gandengan Perhitungan impedansi surja kawat tanah dibedakan dalam dua keadaan, yaitu keadaan bila tidak ada korona dan yang kedua bila terjadi korona. Untuk SUTT biasanya digunakan rumus-rumus tanpa korona sedang SUTET dan SUTUT selalu dianggap terjadi korona.
a). Bila tidak terjadi korona
2h Z g = 60 ln t , untuk satu kawat tanah r 2ht Z g = 60 ln a r , untuk dua kawat tanah 12
b). Bila terjadi korona Z g = 60 ln
Zg =
2ht 2ht ln r R
, untuk satu kawat tanah
Z11 + Z12 , untuk dua kawat tanah 2
dimana : Z11 = impedansi surja sendiri dari satu kawat tanah Z12 = impedansi surja bersama antara kedua kawat tanah = 60 ln (b12/a12)
‘12
1
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
R = Radius amplop korona, meter r = Radius kawat tanpa korona, meter ht = Tinggi kawat tanah pada menara SUTET dan SUTUT = Tinggi rata-rata kawat tanh untuk SUTT
Gambar potongan saluran transmissi
Faktor gandengan antara kawat tanah dengan kawat fasa :
‘12
2
K=
Z a1 + Z a 2 Z 11 + Z 12
, untuk dua kawat tanah
K=
Z a1 + Z a 2 Z 11 + Z 12
, untuk satu kawat tanah
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
8.2.2. Menghitung impedansi surja menara
Menara jenis A : 2(h 2 + r 2 ) Z t = 30 ln r
Menara jenis B: Z t = 1 / 2( Z s + Z m )
Menara jenis C : 2h Z t = 60 ln 2 −1 r
8.2.3. Menghitung koefisien terusan a pada puncak menara untuk gelombang yang datang dari dasar menara Koefisien terusan dihitung berdasarkan persamaan
a=
2Z g Z g + 2Z t
8.2.4. Menghitung koefisien terusan a pada puncak menara untuk gelombang yang datang dari dasar menara Koefisien pantulan adalah : b = a – 1
8.2.5. Menghitung tegangan pada puncak menara Tegangan pada puncak menara adalah : e=
Z g Zt Z g + 2Z t
IS ,
kV
dimana IS = arus kilat, kA dan IS = A t untuk 0 ≤ t ≤ T
‘12
3
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
= I untuk t ≥ T I = harga puncak arus kilat yang melalui menara, kA T = waktu untuk mencapai harga puncak atau panjang muka Gelombang kilat, mikrodetik. A = I/T, kA/µdet
8.2.6. Menghitung koefisien pantulan d pada Dasar Menara untuk gelombang yang datang dari puncak menara Koefisien pantulan d dapat dihitung dari :
d=
R − Zt R + Zt
dimana : R = tahanan kaki menara. Karena tahanan kaki menara sepanjang saluran transmissi pada umumnya berbedabeda, maka perhitungan harus dilakukan untuk tiap seksi dari saluran transmissi dengan tahanan kaki menara yang bersangkutan.
8.2.7. Menghitung waktu kritis Waktu kritis tc ialah waktu pada saat mana tegangan pada puncak menara berkurang secara mendadak karena pantulan negatif dari dasar menara :
Tc = T + X1/c mikrodetik Dimana : X1 = jarak vertikal antara puncak menara dan kawat fasa pada Menara C = kecepatan merambat gelombang = 300 meter per mikrodetik.
8.2.8. Menghitung tegangan pada isolator Tegangan pada isolator dihitung berdasarkan persamaan berikut :
‘12
4
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
‘12
5
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
Gambar : Diagram tangga untuk menghitung tegangan isolator.
8.2.9. Menghitung kemungkinan jumlah lompatan api. Lompatan api dianggap terjadi bila tegangan isolator Vi sama atau lebih besar dari tegangan impuls isolator. Tegangan impuls isolator ini diperoleh dari lengkung tegangan waktu ( volt-time curve) isolator yang bersangkutan :
K V50% = K 1 + 0, 752 x10 3 kV t
8.2.10. Menghitung daerah A yang dilindungi kawat tanah.
Lebar bayang-bayang listrik dari suatu saluran transmissi dapat dilakukan dengan persamaan : W = (b + 4h1, 09 ) ,
meter
dan luas bayang-bayang atau daerah yang dilindungi A dihitung berdasarkan persamaan : A = 0,1(b + 4h1, 09 ) km2 per 100 km saluran.
8.2.11. Menghitung jumlah sambaran kilat NL. Jumlah sambaran kilat NL yang mungkin menyambar kawat transmissi dapat dihitung berdasarkan persamaan dibawah :
N L = 0,015 IKL(b + 4h1, 09 ) sambaran per 100 km pertahun
8.2.12. Menghitung gangguan kilat pada menara. Untuk menghitung jumlah gangguan kilat pada menara perlu terlebih dahulu diketahui probabilitas peralihan lompatan api menjadi busur api atau arus susulan (power follow current) yang menimbulkan gangguan.
‘12
6
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
a). Pada saluran udara tegangan tinggi (SUTT) :η = 0,85 b). Pada saluran udara tegangan ekstra tinggi (SUTET) dan saluran udara tegagan ekstra tinggi (SUTUT): η = 1,0 Dengan anggapan bahwa jumlah sambaran pada menara 60% dari seluruh sambaran, maka jumlah gangguan pada menara Ot : N t = 0,85 x 0,6 xN L xPFL untuk SUTT N t =1,0 x 0,6 xN L xPFL untuk SUTET dan SUTUT
9. GANGGUAN KILAT PADA SEPEREMPAT JARAK DAN SETENGAH JARAK DARI MENARA PADA SALURAN UDARA TEGANGAN TINGGI Pada saluran udara tegangan ekstra tinggi (SUTET), dan saluran udara tegangan ultra tinggi (SUTUT), ganggua pada seperempat dan setengah jarak dari menara diabaikan. Hal ini dilakukan karena jarak-jarak aman antara kawat fasa dan kawat tanah dan kawat fasa ke kawat fasa sangat besar sehingga kekuatan impuls isolasi dari udara di tempattempat tersebut cukup besar untuk mencegah terjadinya lompatan api. Tetapi pada saluran udara tengan tinggi (SUTT) digunakan metode AIEE sampai 230 kV, sambaran kilat ditempat-tempat itu masih mungkin menyebabkan lompatan api. Untuk menghitung gangguan kilat pada seperempat dan setengah jarak dari menara pada SUTT digunakan metode AIEE yaitu dengan membandingkan kekuatan isolasi dari jarak antara kawat tanah dan kawat fasa terhadap tegangan yang timbul karena arus kilat ditempat-tempat tersebut. Jarak vertikal antara kawat tanah dan kawat fasa diperoleh dengan memisahkan lengkung kawat itu memenuhi persamaan berikut :
‘12
7
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
Gambar kawat tanah dan kawat fasa dari kawat transmissi
Maka : y = ht −
do x2 ( S / 2) 2
'
y ' = ht −
do x2 2 ( S / 2)
b = y − y'
bq = (ht −
d o' do ) − ( ht' − ) 4 4
bm = ( ht − d o ) − ( ht' − d o' )
dimana : y
= tinggi kawat tanah diatas tanah, m
y’ = tinggi kawat fasa diatas tanah, m do = andongan maksimum kawat tanah, m do’ = andongan maksimum kawat fasa, m
‘12
8
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
b = jarak vertikal antara kawat fasa dan kawat tanah, m bm = jarak vertikal antara kawat tanah dan kawat fasa ditengah – tengah gawang, m bq = jarak vertikal antara kawat tanah dan kawat fasa diseperempat gawang, m. Bila p = jarak horizontal antara kawat tanah dan kawat fasa, meter. Maka jarak antara kawat tanah dan kawat fasa : d q = bq2 + p 2
d m = bm2 + p 2
Jarak-jarak dq dan dm menentukan beberapa gangguan pada seperempat dan setengah jarak menara.
‘12
9
Analisa Sistem Tenaga Ir. Mustari Lama, M.Sc.
Pusat Pengembangan Bahan Ajar Universitas Mercu Buana
