Tugas Sistem Tenaga Listrik
Nama
NPM
: Ari Setyawan Setyawa n : 0806315830
No. Absen : 3 (tiga)
Tegangan Langkah Tegangan langkah adalah beda potensial pada permukaan tanah dari dua titik yang berjarak satu langkah yang dialami seseorang yang menghubungkan ke dua titik tersebut dengan kedua kakinya tanpa menyentuh suatu peralatan apapun. Adapun rangkaian kejadian dari tegangan langkah beserta rangkaian ekivalennya dapat dilihat pada Gambar dibawah ini
Pada saat terjadi fault seperti gambar diatas, tegangan pada tanah terdistribusi menurun seiring jaraknya terhadap pusat fault. Semakin jauh dari sumber, maka besar tegangan di tanah
semakin kecil. Tegangan langkah yang dimaksud adalah beda potensial antara dua kaki yang menginjak tanah. Semakin besar jarak antara dua kaki maka semakin besar tegangan langkah yang dialami. Keadaan seperti ini juga dapat terjadi ketika terjadi sambaran petir ke tanah.
Dari gambar rangkaian ganti diatas dapat dirumuskan besarnya tegangan langkah menjadi persamaan matematis sebagai berikut:
(1)
Dimana : El
: Tegangan langkah (Volt)
Rk
: hambatan tubuh manusia (Ohm)
Rf
: hambatan kontak tubuh ke tanah (Ohm)
Ik
: arus yang melaui tubuh manusia (Ampere)
Besar arus yang mengalir melewati tubuh manusia menunjukkan tingkat bahaya yang
dapat ditimbulkan. Besar arus ini berbanding lurus dengan besarnya tegangan langkah. Dengan demikian, semakin besar tegangan langkah, maka resiko bahaya yang mungkin terjadi juga semakin besar. Oleh karena itu besar t egangan langkah memiliki batas nilai aman yang d iijinkan.
Besar Arus (mA)
Pengaruh terhadap tubuh manusia
0 - 0,9
Tidak terasa
0,9 - 1,2
Mulai terasa adanya arus listrik, tidak berbahaya
1,2 ± 1,6
Mulai terasa sedikit sengatan seperti kesemutan
1,6 ± 6
Mulai kesemutan
6±8
Tubuh terasa kaku, rasa kesemutan semakin bertambah
13 ± 15
Tubuh terasa sakit
15 ± 20
Otot tidak sanggup lagi melepaskan konduktor
20 ± 50
Dapat menyebabkan kerusakan sel tubuh
50 ± 150
Pernapasan tertahan, resiko kematian
1000 ± 4300
Jantung kehilangan irama denyut, resiko kematian semakin besar
10000
Kematian
Jika persamaan (1) ditelaah lebih lanjut lagi, dengan beberapa asumsi maka akan didapatkan persamaan lanjutan dari tegangan langkah sebagai berikut:
(2)
Dimana : El
: tegangan langkah (Volt)
: hambat jenis tanah disekitar (Ohm meter)
t
: waktu kejut (detik)
dari penurunan persamaan diatas maka dapat disimpulkan bahwa besar tegangan langkah yang diijinkan dipengaruhi juga oleh waktu kejut.
Besar
tegangan langkah yang diijinkan
Dari persamaan (1) dengan beberapa asumsi dapat ditentukan besar tegangan langkah yang diijinkan
Dengan besar Ik adalah 0,134 A diambil dari besar arus fibrilasi, Rk diasumsikan sebesar 1000 Ohm, dan hambat jenis tanah diambil nilai 3000 Ohm meter. Didapatkan nilai El sebesar 2546 Volt. Arus fibrilasi adalah arus dimana besarnya dapat menyebabkan jantung mulai fibrilasi. Besar arus ini dijadikan batas arus aman pada perhitungan besar tegangan langkah. Besar arus
fibrilasi dihitung dengan asumsi waktu kejut sebesar 0 ,75 detik.
Pengambilan nilai waktu 0,75 detik dianggap sudah cukup realisis. Nilai tegangan langkah sebesar 2546 V dianggap masih pada batas aman namun tetap saja memiliki resiko membahayakan. Pada kenyataannya besar tegangan langkah yang terjadi pada daerah yang memiliki sistem grounding akan bernilai lebih kecil.
Cara
mengatasi tegangan langkah
Tegangan langkah yang terlalu besar dapat membahayakan manusia, karena tegangan langkah tersebut dapat menimbulkan arus mengalir ke tubuh manusia yang cukup besar. Untuk mengatasinya dapat dilakukan beberapa cara. 1. Menerapkan sistem pentanahan Dengan menerapkan sistem pentanahan maka besar tegangan langkah yang terjadi akan lebih kecil jika dibandingkan dengan besar tegangan langkah tanpa sistem pentanahan. Besar tegangan langkah yang terjadi dengan sistem pentanahan dirumuskan sebagai
berikut
Dengan Ki
: faktor koreksi
Ks
: faktor pengaruh pentanahan
n
: konstanta koreksi
h
: kedalaman penanaman konduktor
D
: jarak antar konduktor paralel
2. Menambahkan kerikil pada daerah yang beresiko Kerikil pada daerah yang rentan bahaya tegangan langkah dapat membuat hambatan kontak antara manusia dan tanah.
3. Menerapkan mekanisme wajib APD Alat Pelindung Diri (APD) adalah peralatan preventif yang dipakai oleh pekerja saat didaerah yang beresiko bahaya. APD standar yang digunakan adalah safety shoes, safety helmet, safety glasses, dan safety gloves.
Contoh
Perhitungan Tegangan Langkah
Impedansi
pada Saluran Transmisi
Saluran transmisi memiliki komponen seri berupa resistansi dan induktansi per satuan panjang. Saluran ini juga memiliki komponen paralel berupa kapasitansi per satuan panjang. 1.1.1 Komponen Seri Saluran Transmisi 1. Resistansi Saluran Nilai hambatan pada konduktor berbandung lurus dengan panjang konduktor dan berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Secara matematis besar hambatan
dalam dapat dirumuskan sebagai berikut.
R
: hambatan konduktor (Ohm)
: hambat jenis (Ohm meter)
l
: panjang konduktor (meter)
A
: luas penampang konduktor (meter persegi)
Semakin panjang konduktor atau semakin jauh jangkauan jaringan distribusi maka hambatan konduktor akan semakin besar. Untuk memperkecil hambatan, luas penampang dapat dibuat lebih besar. Akan tetapi hal ini membuat konduktor menjadi lebih berat dan mahal. Nilai hambatan juga dapat dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu maka akan semakin tinggi nilai hambatannya sebagaimana dinyatakan sebagai pada persamaan berikut.
Dimana :
R 2
: resistansi pada suhu t2
R 1
: resistansi pada suhu t1
T
: konstanta (tergantung pada jenis konduktor yang digunakan)
Untuk rentang suhu yang lebih lebar, maka dapat digunakan persamaan yang lain.
R f
: Hambatan akhir pada suhu tf
R i
: Hambatan mula-mula pada suhu ti
: Koefisien (Ohm/°C)
tf
: Suhu akhir (°C)
ti
: Suhu mula-mula (°C)
Suhu konduktor dipengaruhi oleh lingkungan. Logam cenderung memiliki kapasitas kalor yang rendah. Hal ini mengakibatkan suhu konduktor mudah dipengaruhi suhu lingkungan. Selain itu, arus yang mengalir pada konduktor juga membuat suhu konduktor meningkat. Pada saluran distribusi dimana arus AC yang digunakan, besar resistansi akan bernilai lebih besar dari besar resistansi perhitungan pada persamaan diatas. Arus AC memiliki nilai frekuensi. Semakin tinggi frekuensi maka arus akan semakin terpusat ke bagian kulit saluran. Hal ini disebut dengan skin effect. Skin effect akan membuat luas penampang efektif konduktor berkurang dan membuat nilai resistansi bertambah. 2. Induktansi Induktansi seri pada saluran dibagi menjadi dua, induktansi internal dan induktansi eksternal. Induktansi internal disebabkan oleh fluks magnet yang terdapat didalam konduktor. Induktansi eksternal disebabkan oleh fluks magnet diluar konduktor. Pada saluran distribusi secara umum, induktansi saluran memiliki karakteristik sebagai berikut: y
Semakin besar jarak antar fasa maka induktansi akan semakin besar
y
Semakin besar jari-jari konduktor maka induktansi akan semakin kecil Reaktansi induktif dari saluran dipengaruhi oleh induktansi dan frekuensi listrik
yang digunakan. Pada perhitungan rekatansi induktif ini direpresentasikan sebagai komponen imajiner. 1.1.2 Komponen Paralel Saluran Transmisi Komponen paralel dari saluran transmisi adalah kapasitansi. Kapasitansi ini muncul dari konsep dasar dua keping konduktor bertegangan. Jika dua konduktor yang memiliki beda
potensial dipisahkan oleh medium dielektrik, maka akan terjadi fenomena kapasitansi.
C
: kapasitansi
q
: muatan diantara konduktor
V
: beda potensial antara dua konduktor
Hal yang sama juga berlaku pada saluran transmisi. Saluran transmisi menggunakan penghantar lebih dari satu yang dipisahkan oleh medium dielektrik. Pada kasus ini juga akan muncul kapasitansi. Secara umum besar kapasitansi ini memiliki karakteristik sebagai berikut: y
Semakin besar jarak antar penghantar maka kapasitansi akan semakin kecil
y
Semakin besar jari-jari penghantar maka kapasitansi akan semak in besar
Reaktansi kapasitif dari saluran berbanding terbalik dengan frekuensi dan kapasitansi. Pada perhitungan direpresentasikan dengan komponen imajiner.
1.2 Model
Saluran Transmisi
1.2.1 Representasi Two Port Saluran Transmisi Saluran transmisi dapat direpresentasikan sebagai rangkaian two port. Rangkaian two port ini nantinya akan dianalisis dan dihasilkan parameter transmisi atau parameter ABCD.
Persamaan matriks parameter ABCD dari rangkaian two port diatas adalah sebagai
berikut:
Nilai A, B, C, dan D dapat dicari dengan metode superposisi. 1.2.2
Short
Line Approximation
Pada model ini komponen paralel berupa kapasitansi dapat diabaikan. Pada model ini
impedansi total saluran hanya bergantung pad a komponen resistif dan iduktif saja.
Dari model ini didapatkan besar arus yang diterima sama dengan arus yang dikirim. Parameter ABCD dari model rangkaian ini adalah sebagai berikut:
1.2.3 M edium Line Approximation
Model medium dapat direpresentasikan menjadi dua bentuk rangkaian ganti yaitu rangkaian Pi dan T.
gambar rangkaian pi Pada model ini komponen paralel saluran yang berupa kapasitansi tidak diabaikan. Besar arus yang diterima tidak sama dengan arus yang dikirim dari sisi sumber.
Parameter ABCD dari model diatas adalah sebagai berikut:
Gambar rangkaian t Parameter ABCD rangkaian diatas adalah sebagai berikut:
1.2.4 Long Line Approximation
Model ini digunakan untuk mendapatkan akurasi pemodelan yang lebih baik.
Parameter ABCD dari model diatas adalah sebagai berikut:
Dengan l
: panjang saluran
: konstanta propagasi
ZC
:
impedansi karakteristik
Transposisi Saluran Transmisi Transposisi adalah proses perubahan urutan fasa pada saluran transmisi. Transposisi adalah cara untuk mengembalikan ³tegangan jatuh´ dan keseimbangan arus pada saluran transmisi. Transposisi hanya berlaku pada transmisi AC tiga phasa. Proses ini secara fisik dilakukan dengan menukar posisi konduktor pada saluran. Saat konduktor dari saluran transmisi tiga fasa jaraknya tidak equilateral induktansi dari masing-masing konduktor pada tiap fasa bernilai tidak sama. Perbedaan ini akan membuat ketidakseimbangan arus. Membuat rangkaian tidak lagi seimbang. Keseimbangan phasa dapat dikembalikan dengan cara menukar posisi konduktor pada interval tertentu sepanjang saluran t ransmisi.
Persamaan Matriks pada seksi pertama adalah
Setelah ditukar posisi konduktornya, maka pad a seksi kedua persamaan matriksnya sebagai berikut.
Pada seksi ketiga persamaan matriksnya sebagai berikut
Impedansi total dari saluran transmisi adalah jumlah induktansi dari masing-masing seksi. Akibat proses transposisi tersebut induktansi total dari saluran tersebut seimbang. Besarnya pada masing-masing fasa sama.
Apa
jadinya jika tidak ditransp osiskan?
Jika saluran transmisi yang panjang tidak ditransposisikan, maka induktansi pada masing masing fasa akan berbeda. Hal ini mengakibatkan ketidakseimbangan pada saluran transmisi tersebut. Ketidakseimbangan ini akan menyebabka n kualitas daya menurun. Transposisi dilakukan pada tiang khusus, yaitu tiang transposisi.
