KONSTRUKSI SALURAN UDARA

TUGAS MAKALAH TRANSMISI TEGANGAN TINGGI

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Oleh: Azfar Muhammad

2213106004

Peihong Sinaga

2213106012

Arfanizar Fathurochman

2213106018

M. Fadli Mulia

2213106055

Dosen Pembimbing : Dr. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng. NIP

:

197309271998031004

TEKNIK SISTEM TENAGA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SUKOLILO SURABAYA 2014

DAFTAR ISI DAFTAR ISI

i

DAFTAR GAMBAR

ii

DAFTAR TABEL

iii

1. 2. 3. 4. 5.

PENDAHULUAN FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KONSTRUKSI SALURAN UDARA KARAKTERISTIK RUTE IZIN PENDIRIAN RUTE BEBAN MEKANIS 5.1. Definisi Tekanan 5.2. Elastisitas 5.3. Beban NESC 5.4. Tekanan Angin 6. RUANG NETRAL/ZONA NETRAL 6.1. Zona Netral Horizontal 6.2. Zona Netral Vertikal 6.3. Zona Netral pada Persimpangan Kabel 6.4. Jarak Horizontal Antar-Konduktor 7. JENIS STRUKTUR PENDUKUNG 7.1. Jenis Tiang 7.2. Jenis Tanah dan Pengaturan Tiang 8. PERHITUNGAN MEKANIS 8.1. Pendahuluan 8.2. Momen pembengkokan akibat angin pada konduktor 8.3. Momen pembengkokan akibat angin pada tiang 8.4. Tekanan akibat sudut pada jalur 8.5. Penentuan kekuatan terhadap sudut tiang 8.6. Sudut maksimum yang diperbolehkan tanpa kawat jangkar 8.7. Penjangkaran 8.8. Perhitungan tensi pada kawat jangkar 9. KUALITAS KONSTRUKSI 10. KONDUKTOR 11. JENIS ISOLATOR 12. PEMAKAIAN BERSAMA 13. VIBRASI PADA KONDUKTOR 14. PERGERAKAN KONDUKTOR AKIBAT ARUS GANGGUAN 15. KESIMPULAN

1 1 1 2 3 3 4 5 6 7 7 7 8 12 13 13 19 19 19 20 22 25 26 27 28 31 33 34 34 35 36 37 37

SUMBER PUSTAKA

38

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

i

DAFTAR GAMBAR Gambar 5.1 Tensile Stress Gambar 5.2 Compressive Stress Gambar 5.3 Shearing Stress Gambar 5.4 Diagram Tekanan dan Tegangan pada material Gambar 5.5 Peta beban mekanik untuk saluran udara standard NESC Gambar 7.1 Desain tiang tunggal yang digunakan pada jaringan distribusi Gambar 7.2 Desain kolom tunggal Gambar 7.3 Desain kolom ganda Gambar 7.4 Teknik letak penanaman tiang Gambar 8.1 Diagram beban tiang Gambar 8.2 Skematik tiang dengan 2 cross-arm Gambar 8.3 Gambaran horizontal dari sudut tiang dan diagram gaya Gambar 8.4 Instalasi 2 kawat jangkar ketika sudut datang pada jalur/saluran lebih dari 60 derajat Gambar 8.5 Berbagai macam teknik penjangkaran Gambar 8.6 Instalasi kawat jangkar pada suatu sudut Gambar 8.7 Instalasi kawat jangkar pada tiang akhir Gambar 8.8 Bagian instalasi kawat jangkat dengan menggunakan Thimble-eye Gambar 8.9 Diagram beban kawat jangkar Gambar 12.1 Penyusunan ruang pada tiang


3 3 4 5 6 15 15 16 18 20 21 25 26 28 29 30 30 32 35

ii

DAFTAR TABEL Tabel 6.1 Zona Netral konduktor yang lewat namun tidak menempel/terikat terhadap bangunan (ft) Tabel 6.2 Zona Netral Vertikal minimum konduktor diatas tanah atau rel (ft) Tabel 6.3 Zona Netral Persimpangan Kawat pada Struktur Berbeda (ft) Tabel 6.4 Zona Netral Horizontal antar kabel konduktor berukuran lebih kecil dari No.2 AWG pada tiang berdasarkan lengkungan(sag) Tabel 6.5 Zona Netral Horizontal antar kabel konduktor berukuran No.2 AWG atau lebih pada tiang berdasarkan lengkungan(sag) Tabel 7.1 Standar dimensi tiang kayu Tabel 7.2 Standar pengaturan kedalaman tiang yang dibutuhkan Tabel 7.3 Berbagai macam tahanan tanah yang digunakan sebagai media penahan tiang Tabel 8.1 Momen resistansi dari tiang kayu


9 10 11 13 13 17 18 19 24

iii

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 1. PENDAHULUAN Konstruksi saluran udara pada umumnya hanya memakan biaya 15 hingga 60 persen lebih murah dibandingkan konstruksi saluran bawah tanah dan lebih ekonomis. Pertimbangan pertama dalam merancang konstruksi saluran udara adalah karakteristik elektris. Suatu rancangan saluran harus mampu untuk mentransmisikan daya yang dibutuhkan tanpa adanya drop tegangan atau rugi-rugi energi, dan isolasi saluran harus memadai untuk melindungi saluran. Faktor mekanis yang mungkin akan memberi pengaruh terhadap saluran udara juga harus menjadi bagian pertimbangan. Hal-hal yang mempengaruhi dan menjadi pertimbangan dalam perancangan konstruksi saluran udara akan dibahas pada makalah ini. 2. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KONSTRUKSI SALURAN UDARA Secara umum, faktor yang mempengaruhi perancangan mekanis dari saluran udara adalah :  Karakteristik Rute.  Izin Pendirian Rute.  Beban Mekanis.  Ruang Netral/Zona Netral.  Jenis Struktur Pendukung.  Kualitas Konstruksi.  Konduktor.  Tipe Isolator.  Pemakaian Bersama. 3. KARAKTERISTIK RUTE Rute pendirian saluran transmisi udara pada umumnya dirancang melewati beberapa negara atau wilayah dengan izin pendirian secara privat (izin pendiriat rute bergantung pada setiap negara yang dilewati oleh rute transmisi tersebut, tiap wilayah/negara memiliki standar perizinan yang berbeda-beda) dalam tujuan untuk mendapatkan rute sedekat mungkin dengan daerah yang tepat untuk pendirian tiang dan menghindari bangunan, jalan, jalan layang, dan saluran tengangan rendah. Saluran udara tegangan rendah dibuat berdekatan dengan jalan maupun jalan layang, hal ini bertujuan agar memudahkan saluran untuk terhubung kepada konsumen dan untuk memudahkan akses untuk perbaikan dan pemeliharaan saluran. Konstruksi ini berbeda dengan konstruksi transmisi saluran udara yang tidak berhubungan secara langsung dengan konsumen sehingga sebisa mungkin menghindari lokasi-lokasi seperti yang telah disebutkan pada paragraf sebelumnya. Untuk saluran udara rendah atau saluran distribusi pada daerah pusat kota atau pinggiran kota, antar tiang saluran ditempatkan dengan jarak 100 sampai 150 ft, hal ini bertujuan untuk mencari titik paling mudah melakukan pemeliharaan dan juga untuk


1

KONSTRUKSI SALURAN UDARA memperkecil jarak pemeliharaan seminimum mungkin. Dipinggir jalan, tiang ditanam beberapa ft dibawah trotoar. Saluran transmisi kemungkinan memliki jarak regangan sebesar beberapa ratus ft. Karakteristik wilayah/negara dimana saluran ini akan ditempatkan akan mempengaruhi jenis konstruksi tiang, konduktor, dan isolator yang akan dipakai. Penentuan tempat/wilayah atau rute dimana saluran udara ini akan didirikan membutuhkan keputusan, pengalaman, dan keahlian yang tepat dalam meminimalisir biaya izin pendirian dan biaya konstruksi serta untuk menyediakan kemudahan pemeliharaan dan mengurangi gangguan operasi dalam waktu mendatang Secara umum faktor yang mempengaruhi panjang dari regangan adalah :  Karakteristik rute.  Zona netral yang tepat bagi konduktor.  Tekanan berlebih saat beban maksimum.  Struktur yang memadai untuk menahan beban tambahan. 4. IZIN PENDIRIAN RUTE Sangat penting untuk memiliki semua izin yang dibutuhkan sebelum perancangan rute ini mencapai tahap akhir. Izin yang dimaksud merupakan izin pendirian saluran diatas wilayah yang dilewati oleh saluran transmisi yang telah dirancang. Apabila wilayah yang dilewati oleh saluran tersebut merupakan wilayah berpemiliki, ada dua cara yang dapat dilakukan, yaitu :  Mengajukan izin sewa wilayah agar wilayah tersebut dapat dilalui saluran udara.  Mengajukan izin pembelian wilayah. Secara umum cara kedua lebih dipilih dibandingkan cara pertama. Pembelian lahan/wilayah secara permanen akan memudahkan perancangan dan pendirian konstruksi saluran udara karena lahan/wilayah tersebut sudah terbebas dari pemilik sebelumnya. Namun apabila wilayah tersebut merupakan wilayah milik daerah/negara setempat, maka diperlukan perizinan khusus untuk menggunakan wilayah tersebut sebagai sarana transmisi saluran udara yang mencakup beberapa hal, yaitu:  Izin untuk mendrikian seluruh pelatan pendukung.  Izin untuk mengakses setiap peralatan pendukung.  Izin untuk membersikah rute dari pepohon dan semak belukar dengan lebar 10 ft lebih besar dari ruang penempatak kondukor guna menyediakan ruang kerja yang cukup untuk konstruksi.  Izin untuk menghilangkan semua pepohon yang mungkin akan mengganggu zona netral minimum yang dibutuhkan apabila konduktor tersebut jatuh.  Izin untuk menghilangkan semua pepohon yang mungkin akan mengganggu zona netral minimum yang dibutuhkan apabila konduktor tersebut berayun karena terjangan angin.


2

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 

Izin untuk menghilangankan segala jenis penghalang, seperti bangunan, lumbung padi, dan lain-lain yang dapat menimbulkan kebakaran.

Sebagai aturan, pepohon yang mungkin akan menimbulkan interferensi terhadap konduktor harus dipotong atau dihilangkan, karena dikhawatirkan pertumbuhan pohon akan mengganggu konduktor ketika konduktor berada dalam bentuk melengkung karena pemuaian dan dikhawatirkan akan timbulnya hubung singkat antara konduktor dengan tanah melewati pohon tersebut. Namun ketika penebangan pohon tidak memungkinkan, maka konduktor harus dipisahkan dari pepohonan dengan material isolasi yang sesuai atau alat untuk mencegah konduktor tergores dan terhubung singkat melalui pepohonan tersebut. 5. BEBAN MEKANIS 5.1. Definisi Tekanan Beban mekanis dalam hal ini adalah kondiksi eksternal yang memproduksi tekanan mekanik pada konduktor saluran dan peralatan pendukung, yaitu tiang atau menara. Beban mekanik juga termasuk berat dari konduktor dan struktur itu sendiri. Struktur merupakan subjek beban vertikal dan horizontal. Beban vertikal berupa berat dari peralatan seperti isolator, konduktor, trafo, crossarm, dan lain-lain. Termasuk didalamnya adalah es yang berada pada struktur dan konduktor ketika musim dingin. Tiang pendukung konduktor udara dan peralatan lainnya dikenakan tekanan dari tegangan tempat dimana mereka tersambung. Ketika gaya tersebut diberikan berlawanan terhadap objek, maka akan timbul tekanan pada objek. Terdapat 5 jenis tekanan, yaitu: 1. Tensile Stress. Disebabkan oleh gaya yang bekerja dari arah yang berlawanan menjauhi objek. Sebagai contoh, konduktor yang terikat diantara 2 tiang akan mengalami gaya tarik terhadap kedua tiang tersebut

Gambar 5.1 Tensile Stress.


Gambar 5.2 Compressive Stress.

3

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 2. Compressive Stress. Merupakan kebalikan dari Tensile Stress, contohnya adalah trafo yang digantung pada tiang akan menyebabkan Compressive Stress pada tiang. 3. Shearing Stress. Disebabkan oleh 2 gaya yang bekerja secara berlawanan namun tidak dalam garis yang sama. Tekanan ini cenderung akan membuat objek terbelah menjadi dua.

Gambar 5.3 Shearing Stress.

4. Bending Stress. Disebabkan oleh gaya yang bekerja pada selurh badan objek. Sebagai contoh, tiang yang berada pada suatu tikungan apabila tidak diberi kawat jangkar maka akan mengalami Bending Stress. 5. Twisting Stress or Torque. Disebabkan oleh gaya putar yang bekerja pada objek, gaya putar ini terbentuk akibat tidak samanya tekanan yang terbebankan terhadap 2 sisi tiang. 5.2. Elastisitas Elastisitas merupakan ciri dari material yang dapat mengembalikan bentuknya kembali kedalam bentuk semula setelah mendapat tekanan. Rasio dari tekanan normal untuk menegang disebut modulus young (modulus elastisitas). Setiap material memiliki batas elastisitas, apabila batas ini terlampaui, material terebut masih dapat bekerja namun akan sedikit demi sedikit kehilangan karakteristik elastisitasnya hingga pada akhirnya akan timbul suatu kegagalan. Dalam perancangan struktur mekanis, ada beberapa variabel dan kemungkinan yang membuat penentuan dari tekanan dan kekuatan tersebut menjadi sulit. Tekanan maksimum pada struktur yang dirancang untuk beroperasi normal merupakan tekanan yang diperkenankan atau dapat disebut tekanan kerja. Rasio dari tekanan kerja hingga kekuatan tertinggi dari material disebut dengan faktor keamanan desain (design safety factor). Faktor ini digunakan untuk menguji suatu material yang dikenakan tekanantekanan tertentu untuk menentukan kekuatan tertinggi (dalam hal ini elastisitas) dari material sebelum material tersebut rusak.


4

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

Gambar 5.4 Diagram Tekanan dan Tegangan pada material.

NESC (National Electric Safety Code) pada umumnya memiliki standar faktor kemananan perancangan/desain untuk tiap-tiap wilayah/negara. Namun apabila di wilayah tersebut tidak terdaftar/terlihat pada NESC, maka material tersebut akan diuji dalam beberapa kondisi yang dibutuhkan hingga seorang teknisi/ahli mengambil keputusan akan nilai faktor keamanan perancangan/desain (design safety factor) yang tepat untuk digunakan. 5.3. Beban NESC Dalam merancang konstruksi saluran udara yang penting, data laporan cuaca dalam beberapa kurun waktu terakhir di wilayah tersebut harus dipelajari. Ketika kondisi yang ada pada saat itu berbeda dengan kondisi umum pada wilayah tersebut, saluran harus dirancang dan dibangun agar dapat menghadapi kondisi tersebut. Untuk wilayah pusat kota atau wilayah berpenghuni yang akan dilalui saluran udara, akan mudah menemukan data laporan peruabah kondisi cuaca atau iklim di wilayah tersebut dibandingkan pada daerah yang tidak berpenghuni, sehingga akan lebih sulit merancang sebuah desain yang mampu menghadapi kemungkinan cuaca terburuk yang terjadi di wilayah tersebut. Selain cuaca, data tekstur dari permukaan tanah juga diperlukan, untuk melihat kondisi kecepatan angin pada setiap permukaan tanah dengan ketinggian tertentu.


5


Gambar 5.5 Peta beban mekanik untuk saluran udara standard NESC.

Tujuan dari analisis beban NESC ini adalah untuk mendapatkan nilai perlindungan yang tepat dalam menghadapi beberapa keadaan cuaca, seperti tekanan akibat kecepatan angin yang begitu kencang dapat terjadi di wilayah-wilayah dataran rendah. Mungkin saja terdapat pembentukan es yang begitu hebat tanpa disertai hembusan angin yang kencang, atau mungkin kedua fenomena tersebut dapat terjadi. NESC mendefinisikan 3 beban tersebut kedalam kategori berat, sedang, dan ringan serta membagi wilayah/negara kedalam 3 area dimana 3 kategori ini kemungkinan terjadi. 5.4. Tekanan Angin Metode perhitungan tekanan angin pada permukaan silindris seperti konduktor atau tiang ditemukan oleh H. W. Buck, berikut adalah persamaan buck: 𝑝 = 0.00256 V2

lb/ft2

(5.1)

dimana V merupakan kecepatan angin dalam satuan mil/jam. Tekanan pada permukaan datar seperti pada cross-arm atau menara dengan arah angin normal dapat dikalkulasikan dengan menggunakan formula yang ditemukan oleh C. F. Marvin 𝑝 = 0.004

𝐵 30

V2

lb/ft2

(5.2)

dimana B merupakan tekanan barometric dalam milimeter merkuri (millimeters of mercury)


6

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Persamaan tersebut dapat dituliskan 𝑝 = 0.004 V2

lb/ft2

(5.3)

karena pada umumnya B/30 bernilai 1. Dalam kondisi udara yang tetap (tidak berangin) konduktor menanggung gaya berat dari konduktor itu sendiri. Apabila temperatur pada konduktor tinggi pada saat yang bersamaan, maka lengkungan (sag) yang terbentuk akan menyebabkan tensi (tension) yang rendah. Kombinasi kondisi antara keadaan udara yang tetap dan temperatur tinggi merupakan kombinasi kondisi yang paling baik. Kondisi terburuknya adalah kombinasi dari temperatur rendah yang menyebabkan lengkungan mengecil dan bertambahnya tensi, ditambah dengan akumulasi dari salju/es yang terbentuk pada konduktor dimana menambah berat pada konduktor dan hembusan angin yang menerjang konduktor. 6. RUANG NETRAL Pada umumnya, zona netral yang perlu dipertimbangkan adalah : tanah, jalanan, bangunan, pohon, konduktor dan struktur dari saluran lain, konduktor lain dalam struktur yang sama, struktur itu sendiri, kabel jangkar dan beberapa peralatan dalam struktur, dan daerah tepi dari area perizinan. NESC memberikan ukuran zona netral minimum yang dibutuhkan. Setiap rating tegangan memiliki ukuran zona netral yang berbeda-beda. 6.1. Zona Netral Horizontal Lokasi penempatan tiang harus ditentukan untuk memberikan zona netral yang cukup dari jalanan, pipa pemadam kebakaran, lampu lalu-lintas, jalan kereta, dan lainlain. Dalam tabel 6.1 dapat dilihat zona netral dari konduktor yang melewati namun tidak terikat/menempel terhapadap bangunan dan instalasi lainnya kecuali jembatan. Tabel tersebut diambil dari NESC edisi 1984. Konduktor dalam satu saluran tidak boleh berjarak kurang dari 4 ft dari jalur yang bertentangan. Jika konduktor yang terpasang lewat dekat dengan tiang saluran udara yang lain, konduktor tersebut tidak boleh mengganggu ruang naik tiang tersebut (ruang naik merupakan ruang yang digunakan pekerja/teknisi dalam melakukan pemeliharaan dan perbaikan). 6.2. Zona Netral Vertikal Tabel 6.2 diambil dari NESC edisi 1984, menunjukan zona netral vertikal. Sebagai contoh, panjang regangan/bentangan kabel tidaklah lebih dari 175 ft pada kawasan berbeban-berat, 250 ft pada kawasan berbeban-sedang, dan 350 ft pada kawasan berbeban-ringan. Zona vertikal ini dipilih berdasarkan temperatur 60 oF dan tegangan tidak lebih dari 50 kV ke tanah. Untuk regangan/bentangan yang lebih panjang dan nilai tegangan yang lebih tinggi, nilai zona netral yang dibutuhkan berbeda, bergantung terhadap tensi (tension) kabel dan lengkungan (sag) kabel. KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

7

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 6.3. Zona Netral pada Persimpangan Kabel Zona netral pada persimpangan kabel harus dibuat pada struktur persimpangan yang praktis. Apabila tidak praktis, maka zona netral antara 2 buah kawat, konduktor, atau kabel yang bersimpangan satu sama lain dan dikaitkan dalam struktur yang berbeda tidak boleh lebih dari harga yang terdapat pada tabel 6.3 dengan tujuan mencegah kemungkinan kecelakaan kontak pada keadaan temperatur, beban es yang bervariasi. Zona netral tersebut dibuat dalam keadaan netral 60 oF dengan keadaan tak berangin dengan jarak bentang tidak lebih dari 175, 250, 350 ft untuk beban berat, sedang, dan ringan. Untuk regangan/bentangan yang lebih panjang dan nilai tegangan yang lebih tinggi, nilai zona netral yang dibutuhkan berbeda, bergantung terhadap tensi (tension) kabel dan lengkungan (sag) kabel.


8

Tabel 6.1 Zona Netral konduktor yang lewat namun tidak menempel/terikat terhadap bangunan (ft)



9

Tabel 6.2 Zona Netral Vertikal minimum konduktor diatas tanah atau rel (ft)



10

Tabel 6.3 Zona Netral Persimpangan Kawat pada Struktur Berbeda (ft)



11

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 6.4. Jarak Horizontal Antar-Konduktor NESC yang dibutuhkan untuk konduktor supply pada jaringan yang sama pada tegangan sampai 8.7 kV, zona netral horizontal minimum antara konduktor adalah 12 in., dan untuk tegangan yang lebih tinggi adalah 12 in. ditambah 0,4 in. per kilovolt diatas 8.7 kV. Zona minimum horizontal antar konduktor untuk konduktor supply pada jaringan yang berbeda adalah 12 in.; untuk tegangan antara 8.7 sampai 50 kV, zona netral adalah 12 in. ditambah 0,4 in. per kilovolt diatas 8.7 kV; dan untuk tegangan 50 kV sampai 814 kV, zona netral yang dibutuhkan adalah 28,5 in. ditambah 0.4 in. diatas 50 kV. Zona netral minimum yang ditentukan NESC untuk kabel konduktor lebih kecil dari No.2 AWG dapat dikalkulasikan dengan menggunakan formula: 1

Zona netral minimum = 0.3 𝑖𝑛.⁄𝑘𝑉 + 7(3 S − 8)1⁄2

(6.1)

dimana S merupakan lengkungan (sag) dari konduktor dalam inchi. Tabel 6.4 menampilkan zona horizontal minimum antar konduktor hingga 46 kV. Zona horizontal minimum yang dibutuhkan untuk kabel konduktor No.2 AWG atau lebih besar dapat dikalkulasikan dengan menggunakan formula: 1

Zona netral minimum = 0.3 𝑖𝑛.⁄𝑘𝑉 + 8(12 S)1⁄2

(6.2)

dimana S merupakan lengungan (sag) dari konduktor dalam inchi. Tabel 6.5 menampilkan zona netral horizontal minimum antar konduktor hingga 46 kV. Selain itu, NESC juga menyediakan kebutuhan minimum seperti ruang naik melewati kawat yang lebih rendah dalam satu tiang untuk memudahkan akses menuju kawat pada lengan tiang yang lebih tinggi atau untuk jarak pemisah vertikal dari crossarm.


12

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Tabel 6.4 Zona Netral Horizontal antar kabel konduktor berukuran lebih kecil dari No.2 AWG pada tiang berdasarkan lengkungan(sag)

Tabel 6.5 Zona Netral Horizontal antar kabel konduktor berukuran No.2 AWG atau lebih pada tiang berdasarkan lengkungan(sag)

7. JENIS STRUKTUR PENDUKUNG 7.1. Jenis Tiang Pada dasarnya terdapat 4 jenis tiang: (1) tiang kayu, (2) tiang beton, (3) tiang besi, dan (4) tiang aluminium. Secara umum tiang kayu lebih dipilih dibandingkan jenis tiang yang lainnya dikarenakan faktor keberadaan material yang melimpah, kemudahan penangangan, dan harga. Tiang beton yang diperkuat dengan besi digunakan untuk lampu jalanan dikarenakan butuh penampilan yang rapih. Tiang besi dgunakan untuk mendukung troli udara dan sebagai penerangan jalan atau taman. Tiang beton dan besi


13

KONSTRUKSI SALURAN UDARA digunakan untuk memperpanjang daerah penyaluran distribusi secara terbatas. Tiang aluminium pada dasarnya digunakan untuk penerangan taman. Kualitas tiang kayu mampu bertahan hingga 35 tahun dan dapat diperpanjang menggunakan proses pengawetan kayu. Kayu cedar, pinus, dan cemara merupakan material kayu yang sesuai untuk digunakan sebagai tiang distribusi. Kemajuan teknologi membuat tiang kayu mampu menanggung beban tegangan hingga 765 kV dan telah diuji pada tegangan 500 kV. Pada jaringan distribusi, tiang tunggal digunakan sebagai tempat 3 transformersbank, fuse, dan arrester. Sebuah frame dipasang apabila tiang tersebut membutuhkan kekuatan tambahan. Tiang harus memiliki tinggi yang cukup dan dilokasikan dengan tepat untuk menyediakan zona netral yang memadai pada saat beban atau temperatur maksimum. Tinggi dari tiang yang akan ditempatkan pada suatu lokasi ditentukan dengan beberapa faktor:  Panjang ruang vertikal pada tiang yang dibutuhkan untuk ditempatkannya kawat dan peralatan pendukung.  Zona netral yang dibutuhkan diukur dari atas tanah atau halangan untuk kawat dan peralatan pendukung.  Lengkungan (sag) dari konduktor.  Kedalaman tiang yang akan ditanamkan pada tanah.


14


Gambar 7.1 Desain tiang tunggal yang digunakan pada jaringan distribusi. (a) Pole top; (b) Two arms; (c) Single arm; (d) Line arms; (e) Side arms.

Gambar 7.2 Desain kolom tunggal: (a) Wishbone design; (b) Unbraced up-swept arms; (c) Horizontal line post; (d) Braced horizontal arms.


15


Gambar 7.3 Desain kolom ganda: (a) Unbraced H-frame; (b) H-frame with wood (solid or laminated) cross-arm; (c) H-frame with curved laminated cross-arm; (d) K-frame; (e) Double-circuit H-frame; (f) Dreyfus design.

Pada jaringan distribusi umumnya digunakan tiang setinggi 35 ft. Ukuran atau diameter tiang ditentukan dari kebutuhan kekuatan tiang tersebut dalam menahan beban mekanis yang ada pada tiang tersebut. Titik kritis kekuatan untuk tiang yang tidak dijangkar berada pada atau dekat dengan tanah. Dalam hal ini, keliling tiang menentukan momen-tahan tiang ketika bengkok sebagai penyangga. Apabila tiang tersebut dijangkar, maka diameter tiang pada bagian dimana jangkar tersebut akan dipasang adalah tolak ukur kekuatan dari tiang tersebut. Momen-tahan tiang yang dijangkar harus cukup untuk menahan tekanan yang dapat menyebabkan tiang bengkok (bending stress) pada titik tersebut (titik pada bagian tiang dimana jangkar terpasang). Keliling tiang pada bagian atas juga harus memadai agar ketika lengan tiang dipasang tidak melemahkan bagian atas tiang. Tiang kayu dibagi menjadi beberapa kelas berdasarkan keliling bagian atas dan keliling pada bagian 6 ft dari sisi bagian bawah tiang untuk setiap panjang nominal. Kelas disini merujuk pada klasifikasi dimensi yang dibuat berdasarkan American Standards Association.


16

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Tabel 7.1 Standar dimensi tiang kayu.


17

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Tabel 7.2 Standar pengaturan kedalaman tiang yang dibutuhkan.

Kelas tiang ini diberi nomor mulai dari 1 sampai 10. Kelas 1 memberikan keliling tanah terbesar dan kelas 7 memberikan keliling terkecil. Kelas 8 sampai 10 hanya membedakan keliling minimum bagian atas tiang secara spesifik. Semua kelas kuranglebih memiliki kekuatan yang sama dalam menghadapi beban horizontal pada bagian atas. Pada tabel 7.1 dapat dilihat berbagai jenis dimensi dari tiang bergantung dari bahan material kayunya. Untuk kayu jenis yellow pinus ditandai dengan kode P, untuk jenis kayu chestnut ditandai dengan kode C dan kode W untuk kayu jenis western cedar.

Gambar 7.4 Teknik letak penanaman tiang: (a) Full-concrete setting; (b) Concrete setting; (c) Crushed stone setting; (d) Plain earth setting; (e) Heel-and-breast concrete blocks setting; (f) Bolted-timber setting.


18

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 7.2. Jenis Tanah dan Pengaturan Tiang Tabel 7.3 Berbagai macam tahanan tanah yang digunakan sebagai media penahan tiang.

Tiang yang stabil harus memiliki letak kedalaman yang cukup. Tabel 7.2 menampilkan letak kedalaman minimum dari tiang. Namun kedalaman bukanlah satusatunya faktor yang menentukan, melainkan jenis material tanah, kelembaban tanah, ukuran diameter dari bagian bawah tiang juga ikut menentukan faktor dari kestabilan tiang saat ditanam. Gambar 7.4 menunjukan beberapa macam teknik penanaman dengan material yang berbeda-beda. Tanah dapat diklasifikasikan menjadi 8 jenis kelompok yang berbeda seperti yang ditampilkan pada tabel 7.3 untuk tujuan penentuan letak tiang. Selain itu tabel 7.3 juga memberikan nilai momen resistansi dari tiang apabila ditanam dengan material tanah tertentu. Nilai momen resistansi tersebut diasumsikan bahwa tiang memiliki ukuran diameter minimum dan letak penanaman tiang standar. 8. PERHITUNGAN MEKANIS 8.1. Pendahuluan Secara umum, gaya yang bekerja pada struktur pendukung, sebagai contoh: tiang, adalah:  Gaya vertikal akibat berat tiang, konduktor, dan es yang menempel pada konduktor.  Gaya vertikal akibat tarikan jangkar.  Gaya horizontal lateral akibat angin yang melewati tiang, konduktor, es, dan lain-lain.  Gaya horizontal longitudinal akibat ketidak-seimbangan tarikan konduktor.  Gaya torsi akibat ketidak-seimbangan tarikan konduktor. Segala bentuk tiang pada umumnya kuat ketika menghadapi gaya vertikal namun lemah dalam menghadapi gaya horizontal dan segala bentuk cross-arm lemah dalam


19

KONSTRUKSI SALURAN UDARA menghadapi gaya torsi. Sehingga, dengan tujuan mendapatkan perancangan jalur yang bagus, gaya horizontal dan torsi harus dikurangi seminimum mungkin dengan menyeimbangkan tekanan dan mentransformasikan gaya horizontal yang tersisa menjadi gaya vertikal dengan menggunakan kawat jangkar. Oleh karena itu, kekuatan tiang harus cukup untuk menahan gaya melintang seperti tekanan angin pada tiang dan konduktor, tarikan yang tidak seimbang akibat konduktor yang rusak, dan tarikan pada sisi lengkung tiang ketika tiang tersebut tidak dapat menggunakan kawat jangkar. Perhitungan kekuatan tiang pada umumnya didasarkan pada keadaan standar, sehingga untuk menentukan kekuatan tiang sebenarnya (saat tiang menghadapi angin, atau gaya-gaya lain yang dapat menyebabkan tekanan pada tiang) maka diperlukan perhitungan lebih lanjut. 8.2. Momen pembengkokan akibat angin pada konduktor Momen pembengkokan setara dengan gaya yang diberikan dikali dengan jarak dalam inchi (pada sudut yang tepat terhadap arah angin) dari titik pada momen lengan dimana kekuatannya dipertimbangkan (gambar 8.2). Total momen pembengkokan akibat angin pada konduktor (bending moment due to wind on the conductors) adalah: 𝑛 𝑀𝑡𝑐 = ∑𝑚 𝑖=1 ∑𝑗=1 𝑚𝑖 𝑛𝑖𝑗 𝑃𝐿𝑎𝑣𝑔 ℎ𝑖𝑗

dimana : Mtc m n P Lavg hij

lb-ft

= Total momen pembengkokan akibat angin pada konduktor = Jumlah cross-arm pada tiang = Jumlah konduktor pada tiap cross-arm = Gaya angin transversal dan horizontal pada jalur = Rata-rata bentangan = Tinggi konduktor j pada cross-arm i

(8.1) (lb-ft)

(lb/ft) (ft) (ft)

Besarnya beban angin yang diberikan kepada konduktor bergantung dengan kondisi apakah konduktor tersebut terselimuti es atau tidak.

Gambar 8.1 Diagram beban tiang: (a) ketika dua bentangan yang berdekatan tidak sama panjang; (b) ketika dua bentangan yang berdekatan sama panjang. KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

20


Gambar 8.2 Skematik tiang dengan 2 cross-arm.

Pada gambar 8.1, Lavg merepresentasikan rata-rata bentangan horizontal yang setara dengan setengah panjang dari dua bentang yang berdekatan L1 dan L2. Lavg dapat dihitung melalui : 𝐿𝑎𝑣𝑔 =

1 2

(𝐿1 + 𝐿2 ) ketika L1 tidak sama dengan L2

(8.2)

atau 𝐿𝑎𝑣𝑔 = 𝐿1 = 𝐿2 = 𝐿 ketika L1 sama dengan L2


(8.3)

21

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 8.3. Momen pembengkokan akibat angin pada tiang Momen pembengkokan akibat angin pada tiang (lihat gambar 8.2) yang pada umumnya bernilai maksimum pada bagian bawah tiang yang tidak terjangkar adalah : 𝑀𝑔𝑝 =

2 𝑝ℎ𝑎𝑔

72

(𝑑𝑝𝑔 + 2𝑑𝑝𝑡 )

lb-ft

(8.4)

(𝑐𝑝𝑔 + 2𝑐𝑝𝑡 )

lb-ft

(8.5)

atau 𝑀𝑔𝑝 = dimana: Mgp hag dpg dpt p cpg cpt

2 𝑝ℎ𝑎𝑔

72𝜋

= Momen pembengkokan pada tiang akibat angin = Tinggi tiang dari permukaan tanah = Diameter tiang pada bagian bawah = Diameter tiang bagian atas = Tekanan angin = Lingkaran tiang pada bagian bawah = Lingkaran tiang pada bagian atas

(lb-ft) (ft) (inch) (inch) (lb/ft2) (inch) (inch)

Momen resistansi internal tiang kayu, ketika berada pada tekanan maksimum pada garis tanah (ground line) 𝑀=

1 3790

3 𝑆𝑐𝑝𝑔

lb-ft

(8.6)

lb-ft

(8.7)

atau 3 𝑀 = 2.6385 × 10−4 𝑆𝑐𝑝𝑔

dimana tekanan maksimum diatas garis tanah adalah: 𝑀 = 2.6385 × 10−4 𝑆𝑐12 (𝑐𝑝𝑔 − 𝑐1) lb-ft dimana: M cpg c1 S

= Momen pembengkokan pada garis tanah = Keliling tiang pada garis tanah = Keliling tiang pada titik tekanan maksimum = Kekuata serat tiang yang diperkenankan

(8.8)

(lb-ft) (inch) (inch) (lb/inch2)

dimana: 𝑆=

𝑘𝑒𝑘𝑢𝑎𝑡𝑎𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑎𝑡 𝑡𝑖𝑎𝑛𝑔 (𝑢𝑙𝑡𝑖𝑚𝑎𝑡𝑒 𝑓𝑖𝑏𝑒𝑟 𝑠𝑡𝑟𝑒𝑛𝑔𝑡ℎ 𝑜𝑓 𝑝𝑜𝑙𝑒) 𝑓𝑎𝑘𝑡𝑜𝑟 𝑘𝑒𝑎𝑚𝑎𝑛𝑎𝑛 (𝑠𝑎𝑓𝑒𝑡𝑦 𝑓𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟)


(8.9)

22

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Nilai faktor keamanan minimum dbutuhkan, berdasarkan kelas konstruksi yang diberikan NESC. Tabel 8.1 menunjukan momen resistansi dari tiang kayu dengan keliling tiang pada garis tanah dan rating tekanan serat maksimum tiang. Kondisi dimana tiang tidak patah adalah 𝑀 > 𝑀𝑡𝑐 + 𝑀𝑔𝑝 Tekanan serat maksimum tidak boleh lebih dari 15 persen saat titik patah untuk gaya normal tak seimbang. Persamaan 8.7 digunakan dengan asumsi bahwa garis tanah merupakan titik terlemah dari tiang. Namun asumsi ini tidak sepenuhnya benar karena bergantung dari jenis materal kayu yang digunakan (untuk tiang kayu) karena setiap material memiliki lokasi titik lemah yang berbeda. Karena pole-top transformer tidak hanya memiliki beban vertikal melainkan beban horizontal pada tiang. Tiang kayu yang digunakan untuk membawa trafo lebih dari 25 kVA biasanya memiliki diameter pole-top sebesar 1 in. atau lebih dari yang dibutuhkan.


23

Tabel 8.1 Momen resistansi dari tiang kayu.



24

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 8.4. Tekanan akibat sudut pada jalur Apabila terdapat sudut dalam jalur saluran, maka terdapat gaya tambahan yang dikenakan terhadap struktur pendukung pada titik sudut tersebut dikarenakan tensi pada konduktor. Gambar 8.3 menjelaskan gambaran horizontal diagram gaya yang bekerja pada sudut tiang. Jika konduktor pada bentang yang berdekatan memiliki tensi yang setara dengan T dan sudut datang jalur tersebut dinyatakan dalam α, resultan gaya tarik sisi tiang dalam Tr , gaya tersebut dapat dihitung melalui formula sebagai berikut: 𝛼

𝑇𝑟 = 2𝑛𝑇1𝑠𝑖𝑛 2 dimana: Tr n T1 α

lb

(8.10)

= Resultan gaya tarik sisi dikarenakan sudut pada jalur = Jumlah konduktor pada tiang = Tensi maksismum konduktor = Sudut datang pada jalur/saluran

(lb) (lb) (o)

Gambar 8.3 Gambaran horizontal dari sudut tiang dan diagram gaya.

Ketika gaya ini membesar, maka besar tekanan yang dapat menyebabkan pembengkokan (bending stress) dapat menjadi lebih besar dari tekanan kerja (working stress) yang diperkenankan/diperbolehkan atau bahkan dapat menjadi lebih besar dari kekuatan serat maksimum (ultimate fiber strength) dari tiang. Karena keadaan tersebut maka diperlukanlah kawat jangkar. Jika tensi konduktor dari bentangan yang berdekatan tidak sama, maka resultan gaya tarik sisi (resultant side pull force) yang bekerja adalah 𝑇𝑟 = √𝑇12 + 𝑇22 − 2𝑇1𝑇2 cos 𝛼

lb

(8.11)

dan sudut γ antara resultan dan bentangan dimana tensi T 1 diperoleh dapat ditentukan melalui :


25

KONSTRUKSI SALURAN UDARA cos 𝛾 =

𝑇𝑟2 +𝑇12 +𝑇22

(8.12)

2𝑇𝑟 𝑇2

dimana γ merupakan sudut antara arah resultan dan arah bentangan, dengan besar yaitu 90o – 0.5α. Jika besar sudut datang jalur tersebut bernilai kurang dari 60 o , resultan gaya tarik sisi bernilai lebih kecil dari tensi maksimum konduktor pada bentangan yang berdekatan. Oleh karena itu, pemasangan satu buah kawat jangkar tunggal pada arah yang berlawanan dari resultan gaya tarik sisi tersebut, seperti yang terlihat pada gambar 8.4 dibutuhkan. Apabila besar sudut datang jalur tersebut bernilai lebih dari 60 o , maka nilai resultan gaya akan melebihi nilai tensi maksimum konduktor, demi menghentikan kecendrungan tiang untuk dipindahkan posisinya jika sudut tersebut tidak dapat membagi dua sudut jalur/saluran dan menghindari penggantian kawat jangkar dengan yang lebih kuat, maka cukup menambah 1 kawat jangkar dan dipasang pada setiap titik dengan arah yang berlawanan dari jalur/saluran seperti yang terlihat pada gambar 8.4 8.5. Penentuan kekuatan terhadap sudut tiang

Gambar 8.4 Instalasi 2 kawat jangkar ketika sudut datang pada jalur/saluran lebih dari 60 derajat.

Dalam menentukan apakah tiang yang akan digunakan sebagai tiang sudut pada jalur/saluran memiliki kekuatan yang memenuhi persyaratan NESC, maka formula yang diguakan adalah: 𝑀= dimana: M Mgp Mtc Mr S1 S2

𝑀𝑔𝑝 +𝑀𝑡𝑐 𝑆1

× 100 +

𝑀𝑟 𝑆2

× 100

lb-ft

(8.13)

= Momen resistansi internal yang dibutuhkan tiang (lb-ft) = Total momen pembengkokan dikarenakan angin pada tiang (lb-ft) = Total momen pembengkokan dikarenakan angin pada konduktor (lb-ft) = Momen pembengkokan dikarenakan tensi pada konduktor (lb-ft) = Tekanan yang diperkenankan pada tiang akibat beban melintang = Tekanan yang diperkenankan pada tiang akibat beban longitudinal


26

KONSTRUKSI SALURAN UDARA dalam hal ini 𝑀𝑟 = 𝑇𝑟 ℎ atau

𝛼

𝑀𝑟 = 2𝑛ℎ𝑇 sin 2

lb-ft

(8.14)

lb-ft

(8.15)

dimana harus dihitung untuk setiap konduktor dan dijumlahkan. Secara teori, apabila M lebih besar dari momen resistansi maksimum tiang, maka dipergunakan kawat jangkar, dan apabila sebaliknya, maka tidak perlu digunakan kawat jangkar. Namun dalam prakteknya, apabila tiang tersebut tidak memiliki letak kaku (dimana tiang benar-benar memiliki kekuatan yang dapat menahan gaya tarik akibat sudut tersebut) yang tepat, maka masih diperlukan kawat jangkar. 8.6. Sudut maksimum yang diperbolehkan tanpa kawat jangkar Hampir merupakan suatu hal yang mustahil untuk membuat saluran udara dengan berbagai macam pertimbangan panjang, seperti pada jalur transmisi tanpa adanya sudut yang bervariasi mulai dari beberapa derajat hingga 90 derajat atau lebih. Jika tensi dari konduktor dalam bentang yang berdekatan bernilai sama, maka sudut maksimum yang diperkenankan tanpa menggunakan kawat jangkar dalam suatu jalur/saluran dapat ditemukan melalui formula berikut, 𝛼

𝑆

𝑒 𝑀𝑔𝑝 + 𝑀𝑡𝑐 + 2𝑛ℎ𝑎𝑔 𝑇 sin 2 = 100 𝑀

dimana: Se = Tahanan bumi/tanah dalam berpindah/bergeser T = Tensi maksimum konduktor dalam bentang yang berdekatan hag = Tinggi tiang diukur dari permukaan tanah

(8.16)

(lb) (ft)

Jika sudut pada saluran lebih besar dari sudut maksimum yang diperkenankan (diperoleh melalui persamaan 8.16), maka kawat jangkar perlu digunakan. 8.7. Penjangkaran Ketika sebuah tiang tidaklah cukup kuat menahan tekanan yang dapat menyebabkan tiang tersebut bengkok (bending stress) dikarenakan ketidak-seimbangan gaya yang bekerja, maka tiang tersebut perlu dilakukan penjangkaran.


27


Gambar 8.5 Berbagai macam teknik penjangkaran: (a) Anchor guy; (b) Stub guy; (c) Pole-to-stub-toanchor guy; (d) Pole-to-pole guy.


28


Gambar 8.6 Instalasi kawat jangkar pada suatu sudut: (a) Atas; (b) Samping.

Kekuatan kawat jangkar harus cukup besar untuk menahat selruh tekanan horizontal dalam arah kerjanya sehingga tiang nantinya hanya akan menahan bagian vertikal dari tensi kawat jangkar. Untuk struktur khusus seperti rangka-A, rangka-H, dan lain-lain terkadang lebih digunakan dibandingkan menggunakan kawat jangkar dalam beberapa aplikasi. Namun teknik secara umum adalah dengan menggunakan kawat jangkar atau kawat besi atau material dengan kekuatan tinggi laiannya untuk menahan tekanan tersebut. Kawat jangkar dengan kuat terikat pada tiang dengan membungkus ujung dari kawat jangkar dua kali atau lebih pada sekitar tiang dan menjepit bagian ujung bebas kedalam bagian inti dari kawat jangkar tersebut. Sekarang ini kawat jangkar biasanya terpasang pada tiang dengan menggunakan thimble-eye atau dengan sebuah guy eye bolt seperti yang terlihat pada gambar 8.8. Titik pemasangan kawat jangkar harus sedekat mungkin dengan titik dimana resultan gaya tarik sisi bekerja pada tiang atau struktur pendukung tersebut.


29


Gambar 8.7 Instalasi kawat jangkar pada tiang akhir: (a) Atas; (b) Samping.

Gambar 8.8 Bagian instalasi kawat jangkat dengan menggunakan Thimble-eye.


30

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 8.8. Perhitungan tensi pada kawat jangkar Misalkan sebuah tiang pada akhir jalur/saluran dipasang kawat jangkar seperti pada gambar 8.9. Asumsikan bahwa konduktor yang terpasang pada kawat berada pada ketinggian yang berbeda. Nilai resultan tarik sisinya akan diimbangi oleh tensi pada kawat jangkar. Tensi tersebut Tg dapat dibagi menjadi 2 komponen, Th dan Tv. Penjumlahan momen pembengkokan (bending moment) yang dibentuk oleh beban T1 dan T2 pada ketinggian h1 dan h2, tentunya harus diseimbangkan oleh momen pembengkokan yang dibentuk oleh Th : 𝑇ℎ ℎ𝑔 ≈ 𝑇𝑟 ℎ𝑔

(8.17)

𝑇ℎ ℎ𝑔 ≈ 𝑇1ℎ1 + 𝑇2 ℎ2

(8.18)

atau

dan komponen horizontal dari tensi pada kawat jangkar adalah: 1

𝑇ℎ = ℎ (𝑇1ℎ1 + 𝑇2 ℎ2 )

(8.19)

𝑔

dimana: Th = Komponen horizontal pada kawat jangkar T1 = Beban horizontal pada ketinggian h1 T2 = Beban horizontal pada ketinggian h2 hg = Ketinggian titik ditempatkanya kawat jangkar pada tiang h1 = Ketinggian beban horizontal T1 h2 = Ketinggian beban horizontal T2

(lb) (lb) (lb) (ft) (ft) (ft)

Berdasarkan gambar 8.9 tan 𝛽 =

ℎ𝑔

(8.20)

𝐿

atau 𝛽 = arctan

ℎ𝑔 𝐿

(8.21)

Dimana L merupakan jarak (lead) dalam satuan (ft). sehingga, tensi dari kawat jangkar tersebut adalah: 𝑇

𝑇𝑔 = cosℎ𝛽

(8.22)

𝑇𝑔 = 𝑇ℎ sec 𝛽

(8.23)

atau


31


Gambar 8.9 Diagram beban kawat jangkar.

dan, ℎ𝑔 2

𝑇𝑔 = 𝑇𝑟 √1 + ( 𝐿 )

(8.24)

karena ℎ𝑔 2

𝑇𝑟 = 𝑇ℎ dan sec 𝛽 = √1 + ( 𝐿 )

(8.25)

kemudian tan 𝛽 = atau

ℎ𝑔 𝐿 𝑇

tan 𝛽 = 𝑇𝑣

ℎ

(8.26) (8.27)

dan komponen vertikal dari tensi pada kawat jangkar adalah 𝑇𝑣 = 𝑇ℎ tan 𝛽 KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

(8.28)

32

KONSTRUKSI SALURAN UDARA atau 𝑇𝑣 = 𝑇ℎ

ℎ𝑔

(8.29)

𝐿

Sehingga, total beban vertikal pada tiang adalah 𝑊𝑣 = dimana: Wv Wp We

𝑇ℎ ℎ𝑔 𝐿

+ 𝑊𝑒 + 𝑊𝑝

lb

= Total beban vertikal pada tiang = Berat tiang = Berat dari seluruh peralatan dan konduktor pada tiang

(8.30) (lb) (lb) (lb)

Berkurangnya sudut β akan mengakibatkan tensi T g pada kawat jangkar dan komponen vertikal Tv juga berkurang meskipun besar nilai komponen horizontal pada kawat jangkar Th bernilai tetap. Oleh karena itu dalam prakteknya, nilai tangensial dari sudut β haruslah bernilai sekecil mungkin. Apabila titik pengikatan kawat jangkar terlalu jauh dari pusat beban horizontal T 1 dan T2, tekanan tiang pada titik tersebut menjadi penting untuk diperhitungkan. Sehingga, momen pembengkokan pada tiang di titik tersebut menjadi: 𝑀 = 𝑇1(ℎ1 − ℎ𝑔 ) + 𝑇2 (ℎ2 − ℎ𝑔 ) lb-ft

(8.31)

Nilai tersebut harus dijaga agar tetap lebih kecil dari nilai momen resistansi minimum yang dibutuhkan kawat jangkar. 9. KUALITAS KONSTRUKSI Kriteria yang digunakan dalam menentukan kebutuhan kekuatan saluran/jalur disebut kelas/tingkatan konstruksi (grade of construction). Tingkatan ini secara spesifik dibentuk berdasarka kebutuhan kekuatan untuk tujuan keamanaan. NESC menamai kelas untuk jalur/saluran supply dan komunikasi dengan huruf B, C, D, E, dan N. kelas B merupakan kelas tertingi dan membutuhkan kekuatan yang tinggi. Kelas D hanya diperuntukan kepada jalur komunkikasi dan lebih tinggi tingkatannya dibandingkan kelas N. Jenis kelas yang digunakan bergantung kepada jenis jaringan, tegangan, dan pengiring jalur/saluran. Sebagai contoh saluran daya dengan besar tegangan berapapun apabila melewati jalan kereta api membutuhkan konstruksi kelas B namun dalam kondisi yang lain mungkin hanya membutuhkan konstruksi kelas N. selain standar yang diterapkan NESC terdapat juga aturan-aturan lokal di wilayah tertentu yang menentukan kelas konstruksi suatu jalur/saluran.


33

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 10. KONDUKTOR Tembaga dan aluminium merupakan logam yang sering digunakan sebagai material konduktor untuk jaringan distribusi. Kriteria pemilihannya meliputi konduktivitas, kekuatan mekanis, harga, dan berat. Berdasarkan kriteria pemilihan tersebut, tembaga merupakan konduktor yang memiliki kualitas terbaik dan aluminium merupakan yang kedua dalam hal konduktivitas dan keberadaannya. Aluminium memiliki beberapa kelebihan yaitu beratnya yang merupakan 70 persen lebih kecil dari ukurannya, namun konduktivitasnya hanyalah 61 persen dari kekuatan konduktivitas tembaga. Kekuatan maksimumnya (breaking strength) sekitar 43 persen dari tembaga jenis hard-drawn. Kawat tembaga dibuat dalam 3 jenis standar berdasarkan tingkat kekerasannya. (1) hard drawn, (2) medium hard-drawn, (3) soft drawn. Tembaga jenis Hard-drawn memiliki kekuatan tensi (tensile strength) tertinggi dan digunakan untuk saluran udara dengan panjang bentangan 200 ft atau lebih. Untuk jenis medium hard-drawn memiliki kekuatan tensi yang lebih rendah dan digunakan secara umumnya pada saluran udara jaringan distribusi dengan panjang bentangan yang lebih pendek. Jenis soft drawn digunakan untuk kabel bawah tanah (underground cable) karena memiliki kekuatan tensi kecil sehingga lebih fleksibel. Aluminium yang diuntai dengan inti besi digunakan pada saluran udara di daerah pedalaman. Dinamakan aluminum cable steel-reinforced (ACSR). Pengembangan dari pembentukan material dengan kekuatan tinggi melalui campuran aluminium telah menghasilkan beberapa kabel alternatif, diantaranya aluminum conductor alloyreinforced (ACAR) dan all-aluminum-alloy conductor (AAAC) dengan konduktivitas dan kekuatan tensi terkombinasi. Secara umum, ukuran konduktor yang digunakan untuk saluran udara ditentukan dengan daya elektris yang akan ditransmisikan dan drop tegangan yang diperbolehkan. Kebutuhan kekuatan mekanis merupakan hal yang perlu dipertimbangkan seminimum mungkin namun masih dapat memenuhi persyaratan. NESC memberikan spesifikasi ukuran minimum konduktor yang diperbolehkan untuk digunakan. 11. JENIS ISOLATOR Isolator pada saluran udara diklasifikasikan menjadi (1) pin-type insulators, (2) suspension insulators, and (3) strain insulators. Isolator jenis pin (pin-type insulators) digunakan untuk tegangan rendah dan sedang dalam jaringan distribusi. Untuk jenis suspensi (suspension insulators) digunakan untuk seluruh jalur/saluran tegangan. Strain insulators digunakan pada kawat jangkar dan untuk saluran/jalur rendah terakhir/buntu. Berat minimum isolator yang diperkenankan pada struktur pendukung dapat diperoleh dengan memperhitungkan sudut melintang dimana isolator tersebut kemungkinan akan berayun tanpa mengurangi terlalu banyak luasan zona netral antara konduktor dan struktur dan dengan membutuhkan rasio antara berat beban angin vertikal dan horizontal yang harus diperhatikan agar isolator tidak dapat berayun melebihi sudut yang telah ditentukan.


34

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 12. PEMAKAIAN BERSAMA Penggunaan tian secara bersama memiliki beberapa keuntungan. Namun ketika struktur pembantu dari saluran udara ini digunakan secara bersama untuk keperluan yang lain seperti telepon atau saluran komunikasi. Ada beberapa faktor tambahan yang harus diperhitungkan dalam merancang jalur tersebut disamping mempertimbangkan jalur yang hanya berisikan saluran daya saja. Contohnya, dibutuhkan kelas konstruksi yang lebih tinggi dan pertimbangan akan jarak antara konduktor dengan perlengkapan keperluan yang lain. Selain menghemat tempat, pemakaian bersama ini juga dapat menghemat biaya yang dibutuhkan saat instalasi nanti. Secara umum, konduktor ditempatkan pada suatu susunan dimana untuk konduktor tegangan tinggi ditempatkan pada bagian yang lebih tinggi dibandingkan konduktor bertegangan rendah, dan diantara kedua level tersebut terdapat zona netral.

Gambar 12.1 Penyusunan ruang pada tiang.


35

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 13. VIBRASI PADA KONDUKTOR Kegagalan konduktor dalam tensi yang berada dibawah perancangan tekanan maksimum (maximum design stresses) dapat mengalami fenomena “kelelahan” (fatigue) akibat vibrasi vertikal yang begitu cepat pada konduktor (dari 15 Hz sampai 100 Hz) yang disebabkan adanya angin yang berhembus degan kencang melewati saluran. Secara umum, vibrasi mekanis pada saluran udara dan kawat pentanahan terdapat 6 jenis, yaitu: 1. Aeolian Vibration. Merupakan osilasi resonansi yang disebabkan oleh pusaran yang berasal dari sisi belakang konduktor dari arah angin datang (leeward side) dalam angin yang berhembus dengan kencang. Angin tersebut membuat konduktor berosilasi dengan amplitudo sebesar diameter konduktor dan frekuensi isolasi antara 2-150 Hz. Vibrasi ini dapat menyebabkan kegagalan pada kawat konduktor. Hal ini dapat menyebabkan kawat bersenandung di dalam terjangan angin. 2. Swinging of Conductors Caused by Changes in Wind Pressure. Adalah vibrasi yang diakibatkan perubahan tekanan angin. Selama terdapat zona netral yang memadai antar konduktor dalam mencegah timbulnya hubung singkat antarkonduktor ( flashover), maka vibrasi ini tidak berbahaya. 3. Galloping. Pada umumnya disebabkan karena terbentuknya permukaan nonuniform airfoil pada konduktor oleh es. Hal ini dapat menjadi sangat parah karena frekuensinya yang rendah dan sangat susah untuk dikontrol karena bentuk dari es dan kecepatan angin yang berkombinasi menghasilkan suatu kondisi stabilitas kritis. Sebagai contoh, dalam kondis ini, kecepatan angin yang mencapai 15 mph dapat membuat konduktor berayun dengan amplitudo 2 kali dari nilai lengkungan konduktor (conductor sag) hal ini dapat menyebabkan hubung-singkat antar fasa pada saluran. 4. Conductor Ice Loading and Shedding. Pembentukan dan pelelehan es yang terjadi dengan begitu cepat pada konduktor dapat menyebabkan pergerakan vertikal konduktor yang begitu besar (seperti melompat). Lompatan terburuk akan terjadi ketika es meleleh pada titik tengah pusat bentangan konduktor dalam suatu bagian dan setelah es tersebut jatuh dari bentangan pada bagian yang lain. Hal ini dapat dikontrol dengan memasang isolator khusus yang dipasangkan pada titik suspensi dan dengan menambah massa per satuan panjang dari saluran pada bagian tengan bentangan. Fenomena pergerakan vertikal ini sangan dipengaruhi oleh panjang bentangan, tensi, ukuran konduktor, ketebalan es, dan jumlah es yang meleleh pada saat yang bersamaan. 5. Subconductor Vibration. Fenomena ini hanya dapat terjadi pada konduktor yang terbundel dengan konduktor lain (bundle conductor). Aliran angin yang memasuki konduktor yang terbundel ini menyebabkan pergerakan berbentuk elips pada konduktor (elliptical motion). Fenomena ini dapat membuat kerusakan pada patahnya spacer (suatu alat yang memisahkan 2 konduktor agar tidak menempel) dan hancurnya titik suspensi pada isolator. Hal ini dapat


36

KONSTRUKSI SALURAN UDARA dikontrol dengan menggunakan penyerap vibrasi (vibration damper) dan memperbanyak spacer antar bentangan. 6. Corona Vibration. Pada umumnya fenomena ini terjadi pada musim penghujan ketika air yang menempel pada konduktor terlempar oleh suatu gaya paksa akibat medan gaya medan elektrostatis pada bagian bawah konduktor. Pergantian vibrasi dalam beberapa inchi dapat muncul diantara simpul vibrasi pada suatu bentangan. Vibrasi pada korona ini menjadi perhatian yang serius pada jalur transmisi UHV (Ultra High Voltage). 14. PERGERAKAN KONDUKTOR AKIBAT ARUS GANGGUAN Dua buah konduktor pembawa arus yang dipasang secara paralel akan berada pada pengaruh gaya tarik dan tolak yang diakibatkan munculnya medan magnet, bergantung pada arah arus tersebut. Besarnya gaya pada tiap konduktor dapat dihitung dengan 𝐹∝

𝐼2 𝑑

(8.32)

Jika arus yang mengalir memiliki arah yang sama, maka akan menimbulkan gaya tarik diantara konduktor, namun sebaliknya akan menimbulkan gaya tolak. Saat terjadi hubung singkat, gaya yang terbentuk dapat menjadi cukup besar dan membuat konduktor bergerak dengan signifikan terutama jika kedua konduktor dipasang terlalu dekat. Jika terdapat 2 buah konduktor dengan beda level tegangan berdekatan, dan apabila salah satu konduktor mengalami hubung-singkat, maka hal ini akan mempengaruhi konduktor yang berada dalam keadaan normal. Dalam mengatasi hal ini dibutuhkan spacer yang dapat memisahkan kedua konduktor agar tidak dapat bersentuhan satu-sama lain. 15. KESIMPULAN Simpulan dari materi yang telah dijelaskan diatas adalah:  Dalam merencanakan rute suatu jalur/saluran diperlukan beberapa faktor yang harus dipertimbangkan, hal yang paling utama adalah keadaan geografis wilayah dimana jalur transimisi/distribusi tegangan tinggi tersebut akan dilewatkan. Selain itu, tidaklah cukup jika mengandalkan kalkulasi teoritis dan kemampuan yang handal, namun pengalaman dalam perencanaan juga sangat diperlukan dalam tujuan pengambilan keputusan yang tepat, baik dalam bagian jalur, konstruksi menara atau tiang, jenis konduktor yang digunakan, sampai peralatan pendukung yang diperlukan.  Semua pertimbangan tersebut demi mencapai suatu perancangan yang optimum, dimana hasil desain yang dirancang tidak hanya memiliki kehandalan sebaik mungkin namun juga ekonomis.


37

KONSTRUKSI SALURAN UDARA SUMBER PUSTAKA Gonen, Turan. 1988. ELECTRIC POWER TRANSMISSION SYSTEM ENGINEERING ANALYSIS AND DESIGN (Chapter 9) . Canada : John Wiley & Sons.


38

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

Recommend Documents