BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Saluran udara tegangan ekstra tinggi (SUTET) dengan kekuatan 500 kV ditujukan untuk menyalurkan energy listrik dari pusat-pusat pembangkit yang jaraknya jauh menuju pusat-pusat beban sehingga energi listrik bisa disalurkan dengan efisien. Pembuatan jaringan ini pun dibuat seaman mungkin untuk lingkungan dan tentunya masyarakat yang tinggal di sekitar SUTET.
Gambar 1. Menara transmisi listrik
Di dalam penyaluran tenaga listrik melalui transmisi ke pusatpusat, bukan berarti tanpa hambatan. Banyak faktor yang ternyata membuat energy listrik yang disalurkan banyak mengalami kerugian dan membuat peralatan listrik tegangan tinggi yang ada menjadi rusak. Factor tersebut antara lain adalah hubung singkat fasa-fasa, fasa-tanah, dan gejala korona. Korona merupakan gejala/fenomena yang sering terjadi pada saat penyaluran tenaga listrik yang menimbulkan kerugian baik rugi daya maupun merusak peralatan listrik. Untuk mengetahui lebih lanjut
1
mengenai gejala korona, pada pembahasan dalam makalah kali ini, penulis akan menjabarkan mengenai gejala korona yang terjadi dalam jaringan transmisi dengan judul “Korona pada Jaringan Transmisi.”
1.2. Rumusan Masalah 1.
Apa itu korona?
2.
Bagaimana mekanisme terjadinya korona?
3.
Apa itu tegangan kritis?
4.
Apa saja dampak terjadinya korona?
1.3. Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari penulisan makalah ini adalah hanya akan membahas tentang korona dan tidak akan membahas faktor-faktor lain yang mungkin akan berpengaruh maupun tidak pada keadaan tersebut.
1.4. Tujuan Penulisan Adapun tujuan dari pembuatan makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Mahasiswa mampu memahami tentang korona 2. Mahasiswa mampu memahami mekanisme terjadinya korona 3. Mahasiswa mampu memahami apa itu tegangan kritis 4. Mahasiswa
mampu
memahami
terjadinya korona
2
dan
menjelaskan dampak
BAB II PEMBAHASAN
2.1. Korona
Gambar 2. Gejala Korona
Peristiwa korona berdasarkan ANSI adalah peluahan sebagian (partial discharge) ditandai dengan timbulnya cahaya violet karena terjadi ionisasi udara di sekitar permukaan konduktor ketika gradien tegangan permukaan konduktor melebihi nilai kuat medan listrik disruptifnya. Terjadinya korona juga ditandai dengan suara mendesis (hissing) dan bau ozone. Korona makin nyata kelihatan pada bagian yang kasar, runcing dan kotor. Terjadinya ionisasi pada ion-ion diudara disekitar konduktor akan menimbulkan cahaya redup bersamaan dengan suara mendesis disertai dengan pembebasan ozon, yang mudah diidentifikasi karena baunya yang khas. Efek korona ini dapat mengurangi efisiensi pada saluran transmisi terutama pada saluran EHV (Extra High Voltage). Korona bisa didefinisikan juga sebagai hasil terakselerasinya ionisasi dibawah pengaruh suatu medan listrik. Ini merupakan proses fisika dimana struktur molekul netral atau atom diubah akibat benturan
3
atom atau molekul netral dengan elektron bebas, photon atau ion negatif. Setiap sistem isolasi atau elektroda dimana korona dapat terjadi merupakan sumber korona. Wilayah dimana korona terjadi disebut lokasi korona (corona sites). Dalam Gambar 3, untuk sistem isolasi sederhana diperlihatkan beberapa lokasi korona yang sering dijumpai dalam kenyataan sehari-hari.
Gambar. 3. Lokasi terjadinya korona
Keterangan Gambar 3, antara lain: 1. Permukaan runcing konduktor yang bersentuhan dengan gas yang dapat bersikulasi dengan bebas. 2. Daerah tertentu pada permukaan material isolasi yang bersentuhan dengan gas yang memiliki resistivitas permukaan yang lebih rendah dibandingkan wilayah yang mengelilinginya sehingga muatan-muatan bebas dapat terbentuk pada daerah itu hingga tegangan diantara daerah itu dan daerah lainnya cukup tinggi untuk menyebabkan terjadinya korona di udara yang mengelilinginya. 3. Sela
diantara
permukaan
bidang
konduktor
dan
material
pengisolasi yang berisi gas dimana medan listrik timbul dengan
4
kekuatan yang cukup untuk memulai tembus listrik gas bukan material isolasi padat yang memisahkan elektroda sistem. 4. Rongga atau celah berisi gas yang dikelilingi sebagian atau seluruhnya oleh permukaan konduktor dan material pengisolasi padat atau cair. 5. Rongga berisi gas yang dikelilingi seluruhnya oleh material pengisolasi padat ataupun cair, biasanya disebut kekosongan (void) terlepas dari kenyataan bahwa mereka terisi dengan gas dengan kerapatan yang dapat sangat bervariasi tergantung tekanan dan temperatur gas.
2.2. Mekanisme Terjadinya Korona Bila dua kawat sejajar yang penampangnya kecil dibandingkan dengan jarak antar kawat tersebut diberi tegangan, maka udara disekitar konduktor yang terdiri dari ion-ion mengalami stres dielektrik. Pada tegangan yang cukup rendah tidak terlihat apa-apa karena stres dielektrik yang dialami oleh udara disekeliling konduktor tersebut tidak cukup untuk mengionisasi udara disekitar konduktor, namun bila tegangan dinaikkan melebihi nilai ambang batas sekitar 30 kV yang dikenal sebagai titik Critical Disruptive Voltage, maka udara disekitar konduktor mengalami stres cukup tinggi sehingga terjadi ionisasi terhadap ion-ion yang dikandung didalam udara tersebut sehingga akan terjadi korona secara bertahap. Pertama kali, kawat kelihatan bercahaya yang berwarna ungu muda, mengeluarkan suara berdesis ( hissing ) dan berbau ozon. Jika tegangan dinaikkan terus, maka karakteristik diatas akan terlihat semakin jelas, terutama pada bagian yang kasar, runcing atau kotor serta cahaya bertambah besar dan terang. Bila tegangan masih terus dinaikkan akan terjadi busur api. Dalam keadaan udara lembab, korona menghasilkan asam nitrogen yang menyebabkan kawat menjadi berkarat bila kehilangan daya yang
5
cukup besar. Apabila tegangan searah yang diberikan, maka pada kawat positif korona menampakkan diri dalam bentuk cahaya yang seragam pada permukaan kawat, sedangkan pada kawat negatifnya hanya pada tempattempat tertentu saja. Korona terjadi karena adanya ionisasi dalam udara, yaitu adanya kehilangan elektron dari molekul udara. Oleh karena lepasnya elektron dan ion, maka jika disekitarnya terdapat medan listrik, maka elektron-elektron bebas ini mengalami gaya yang mempercepat geraknya, sehingga terjadilah tabrakan dengan molekul lainnya. Akibatnya timbul elektron dan ion yang baru. Proses ini berjalan terus-menerus bila gradien tegangan cukup besar, peristiwa ini dinamakan dengan korona. Jika gradien udara diantara dua kawat lebih besar dari gradien udara normal, maka akan terjadi lompatan api, bila hanya sebagian saja udara diantara dua kawat terionisasikan, maka korona merupakan sampul mengelilingi kawat. Gradien tegangan seragam yang dapat menimbulkan ionisasi kumulatif di udara normal adalah 30 kV/cm. Korona bila bermuatan positif atau negatif. Hal ini ditentukan oleh polaritas tegangan di elektroda yang kelengkungannya tinggi. Jika elektroda melengkung bermuatan positif berkenaan dengan elektroda rata terciptalah korona positif, tapi jika negatif yang tercipta adalah korona negatif. Ketidaksamaan sifat korona positif dengan korona negatif yang amat berbeda disebabkan oleh jauh berbedanya massa elektron dengan ion bermuatan
positif,
dengan
hanya
elektron
memiliki
kemampuan
mengalami tingkat benturan tak lenting pengion yang signifikan pada temperatur dan tekanan bersama. Fungsi lucutan korona yang utama adalah terciptanya ozon di sekitar konduktor yang mengalami proses korona. Korona negatif menghasilkan ozon jauh lebih banyak daripada korona positif.
6
2.3. Tegangan Kritis Tegangan kritis disruptif merupakan tegangan minimal yang dibutuhkan untuk terjadinya ionisasi pertama kali dipermukaan konduktor. Berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan oleh Peek’s , kekuatan dielektrik udara maksimum pada kodisi standar dengan tekanan udara 1 atm (760 mmHg), suhu udara 25 c adalah 30 kV/cm. Kekuatan dielektrik udara sebanding dengan kepadatan udara sekitar. Besarnya kepadatan udara dapat dirumuskan:
Dimana : P= tekanan udara (mm Hg) t = suhu udara (C0 )
Tegangan kritis disruptif dengan mempertimbangkan pengaruh faktor konduktor, keseragaman permukaan konduktor dan lingkungan sebagaimana diteliti oleh peek’s adalah sebagai berikut:
Dimana: = tegangan kritis disruptif fasa ke netral (kV rms) = gradien tegangan permukaan maksimum (kV rms/cm) = faktor keseragaman konduktor = 1 untuk konduktor silinder solid dengan permukaan mulus = 0.92 < < 0.94 untuk permukaan konduktor kasar = 0.82 konduktor pilin (stranded)
7
δ = faktor kepadatan udara r = jari-jari konduktor D = jarak antar fasa Dari persamaan itu terlihat bahwa tegangan kritis ini dari kawat transmisi nilainya dapat dinaikkan dengan cara: a.
Menaikkan jarak kedua kawat (D)
b.
Memperbesar diameter kawat (r) Dari kedua alternatif diatas, lebih baik dipilih memperbesar
diameter (r), karena dengan menaikkan nilai r, maka biaya untuk pembuatan tiang listrik dapat ditekan rendah dan juga reaktansi dari sistem transmisi dapat dibuat rendah. Oleh karena itu, supaya r besar maka dapat dipakai kawat yang stranded atau bundle conductor. Didalam prakteknya penggunaan bundle conductor mungkin tidak menguntungkan pada sistem dengan tegangan lebih rendah dari 220 kV. Tetapi dengan sistem Tegangan Ekstra Tinggi, pengguna bundle conductor lebih menguntungkan. Pada sistem tiga fasa, gradient tegangan dari setiap kawat tergantung dari susunan kawat tersebut. Sebagai contoh untuk menghitung gradient tegangan dari system tiga fasa adalah seperti berikut: misal setiap fasa terdiri dari satu kawat dan kawat disusun secara mendatar.
Gambar 4. Gradient tegangan pada susunan kawat secara mendatar 8
2.4. Dampak Terjadinya Korona
A. Hilangnya Daya karena Korona kW/mile/phase
kW/km/phase Dimana : f = frekuensi ( Hz ) r = Jari-jari kawat ( cm ) D = Jarak antar kawat ( cm ) V = Tegangan kawat ke netral, kV rms = Tegangan kritis ( critical voltage ) Pada tempat-tempat tertentu pada jaring transmisi hilang korona dapat mencapai harga tertinggi sekali dalam keadaan hujan. Tetapi keadaan ini tidak mungkin terjadi secara simultan pada seluruh bagian jaringan tersebut. Untuk cuaca baik, tegangan hampir sama dengan tegangan kritis . Oleh sebab itu jaring transmisi harus diberi tegangan kurang dari tegangan kritis ini.
B. Gangguan Radio Gangguan radio (Radio Interference, disingkat RI ) adalah faktor yang membatasi pilihan penghantar untuk suatu tegangan tertentu. Gangguan radio sebagai fungsi dari tegangan mempunyai karakteristik yang naik secara lambat sampai tegangan sedikit kurang dari tegangan minimum di mana hilang korona dipengaruhi oleh permukaan dan jari-jari. 9
Diatas suatu tegangan tertentu, besarnya RI menjadi konstan ini terlalu tinggi, sehingga bilamana RI adalah faktor yang menentukan, jaring harus direncanakan sehingga ia beroperasi pada tegangan lebih rendah daripada tegangan di mana Ri mulai naik dengan cepat.
C. Noise Noise adalah bunyi yang kontinu baik yang merata,tak teratur serta tidak nyaman didengar oleh rasa pendengaran manusia normal. Tingkat Noise diukur dalam satuan dB yang sesuai dengan satuan pendengaran manusia.Besar Noise sebanding dengan peningkatan tegangan saluran. Noise cenderung besar ketika cuaca buruk. Pada musim hujan, tetes air yang jatuh di permukaan konduktor menghasilkan korona yang lebih besar sehingga terjadi noise. Beberapa faktor yang mempengaruhi terjadinya noise yaitu gradien tegangan permukaan konduktor, diameter konduktor, kondisi atmosfer.
10
DAFTAR PUSTAKA
1. http://ft.uisu.ac.id/wp-content/uploads/2013/10/Perhitungan-Rugi-KoronaDan-Bising-Korona-pada-Saluran-Udara-Tegangan-Tinggi-150-KVAplikasi-di-Belawan-Sei-Rotan.pdf 2. aeniparhani.blogspot.com/2013/07/korona-listrik-umt-rifti-fauzan.html 3. http://direktorilistrik.blogspot.com/2013/11/efek-corona-pada-salurantransmisi.html 4. http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/37385/4/Chapter%20II.pdf
11
