Tugas Softskill (Review Jurnal)

Pengaruh Perubahan Arus Saluran Terhadap Tegangan Tarik dan Andongan pada Sutet 500 KV di Zona Krian

Abstrak

            Saluran transmisi udara umumnya menggunakan konduktor jenis ACSR (Alumunium Conductor Steel Reinforced) yang memiliki batas temperatur kerja yang diizinkan sebesar 90C. Mempertimbangkan peningkatan kebutuhan tenaga listrik yang pesat akhir-akhir ini, maka usaha untuk meningkatkan kapasitas saluran transmisi dilakukan dengan mengoptimalkan kapasitas hantaran arus dari saluran transmisi yang telah ada. Permasalahan utama dari peng-optimalan saluran transmisi tersebut adalah tegangan tarik dan andongan yang timbul pada konduktor tersebut menjadi lebih besar, oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik perubahan arus saluran terhadap tegangan tarik dan andongan konduktor, dengan demikian diharapkan dari hasil penelitian ini akan berguna untuk membangun struktur konstruksi saluran transmisi yang sesuai dengan sifat dari konduktor tersebut. Sebagai model simulasi digunakan saluran transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV jalur Paiton-Krian dengan menggunakan data-data konduktor ACSR yang sesuai dengan yang ada di lapangan. Temperatur konduktor dihitung berdasarkan persamaan keseimbangan panas. Metode Ruling Span digunakan untuk menentukan panjang span equivalen. Sementara itu metoda Catenary digunakan untuk menghitung tegangan tarik dan andongan konduktor tersebut. Berdasarkan hasil dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa dengan adanya perubahan arus saluran dari 10 Ampere menjadi 850 Ampere mengakibatkan terjadinya peningkatan temperatur konduktor sebesar 125.94 % dan penurunan tegangan tarik sebesar 36.38 % serta terjadi peningkatkan pada andongan sebesar 26.82 %.

            Peningkatan kebutuhan tenaga listrik yang pesat akhir-akhir ini menyebabkan perlu ditambah kapasitas saluran transmisi seiring dengan perluasan kapasitas pusat–pusat pembangkit, akan tetapi memerlukan biaya yang sangat tinggi. Salah satu upaya   meningkatkan   kapasitas penyaluran adalah dengan mengoptimalkan saluran transmisi sesuai dengan kemampuan kuat hantar arusnya. Titik berat permasalahan dalam penelitian ini adalah dengan meningkatnya kemampuan hantar arus tersebut dapat menimbulkan bertambahnya tegangan tarik dan andongan, oleh karena itu perlu diteliti masalah unjuk kerja mekanis sebagai akibat perubahan arus saluran, agar dapat diketahui karakteristiknya yang akan berguna untuk perancangan kontruksi saluran transmisi. Permasalahan terhadap unjuk kerja mekanis  meliputi  bagaimana  pengaruh arus saluran terhadap perubahan temperatur, tegangan tarik horizontal, tegangan tarik, dan andongan konduktor.

            Saluran transmisi udara pada umumnya meng- gunakan konduktor jenis ACSR (Alumunium Conductor Steel Reinforced) yang memiliki batas temperatur kerja yang diijinkan sebesar 90C. Mempertimbangkan peningkatan kebutuhan tenaga listrik yang pesat akhir-akhir ini, maka usaha untuk meningkatkan kapasitas saluran transmisi dilakukan dengan mengoptimalkan kapasitas hantar arus dari saluran transmisi yang ada.

            Kalau sebuah kawat konduktor direntangkan diantara dua buah titik A dan B maka kawat tersebut akan mengikuti garis lengkung AB yang karena beratnya sendiri akan melengkung kebawah. Besar leng- kungan ini akan sangat tergantung dari berat dan panjang kawat. Berat kawat ini yang akan menimbul- kan tegangan tarik dalam satuan kg/mm2 pada penampang kawat tersebut. Jika tegangan tarik yang dialami oleh kawat konduktor ini terlampau besar maka akan mengakibatkan kawat konduktor putus atau dapat juga mengakibatkan menara penyangga menjadi rusak dan roboh karena tidak dapat menahan tegangan yang timbul. Tegangan tarik yang timbul bukan saja disebabkan oleh berat kawat saja tetapi juga dipengaruhi oleh bermacam-macam beban yang timbul pada kawat tersebut seperti beban angin, beban salju yang melekat pada kawat didaerah yang bercuaca dingin dan lain sebagainya

            Menurut hokum Stokes adanya beban tegangan tarik ini akan mengakibatkan bertambah panjangnya kawat sesuai dengan modulus elastisitasnya. Hal lain yang akan mengakibatkan pertambahan panjang adalah pemuaian karena suhu yang tinggi yang timbul pada konduktor. Suhu yang tinggi ini dapat diakibatkan oleh banyak hal, salah satunya adalah karena timbulnya rugi-rugi tembaga karena arus beban yang lewat pada konduktor tersebut. Semakin besar arus beban yang lewat akan menyebabkan kerugian berupa panas semakin tinggi yang pada akhirnya akan menambah beban berupa panas pada kawat konduktor tersebut.

            Panjang kawat akan tergantung pada panjang gawang (jarak antara dua menara transmisi) dan besarnya andongan yang diijinkan. Sedangkan andongan itu sendiri tergantung pada panjang kawat, tegangan tarik dan temperatur dimana ketiga besaran tersebut akan saling mempengaruhi satu sama lain

            Karena tegangan kerja dari kawat konduktor yang digunakan  untuk  transmisi  tenaga  listrik umumnya tinggi maka andongan kawat yang terlalu besar akan dapat menimbulkan bahaya bagi semua objek yang berada di bawahnya dan juga kawat konduktor itu sendiri. Menurut standar normalisasi yang berlaku tinggi kawat konduktor di atas tanah (Ground Clearence) haruslah sebesar 7 sampai 8 meter atau dapat di hitung dengan persamaan Safety Code Formula.

            Jadi sekarang dalam hal ini mempunyai dua batasan harga untuk merentagkan suatu kawat yaitu:

·         Tegangan tarik tidaklah boleh melebihi tegangan tarik yang diijinkan pada keadaan apapun. Tegangan tarik maksimum akan terjadi pada saat temperatur terendah dan ada beban angina.

·         Jarak kawat ketanah tidak boleh lebih kecil dari jarak terkecil yang diijinkan. Andongan terbesar terjadi pada saat temperatur maksimum dan pada beban maksimum.

Perhitungan Temperatur Konduktor Akibat Perubahan Arus Saluran

            Besarnya arus yang mengalir pada konduktor menye- babkan timbulnya rugi-rugi berupa panas. Hal ini menyebabkan suhu dari konduktor akan meningkat seiring dengan kenaikan arus beban pada konduktor tersebut. Untuk menghitung besarnya panas konduk- tor akibat dari kenaikan arus beban ini digunakan persamaan keseimbangan panas pada saluran trans- misi udara yang menyatakan bahwa jumlah panas yang yang dibangkitkan dalam konduktor adalah sama dengan jumlah panas yang disebarkan. Oleh karena itu perlu dicari besarnya jumlah panas dari kedua ruas persamaan.

Panas Yang Dibangkitkan Oleh Konduktor

Panas yang dibangkitkan oleh konduktor meliputi panas yang ditimbulkan oleh rugi-rugi listrik yaitu [2]:

Wc = I2Rm (Watt/meter)

dengan:

I     =  arus penghantar (A)

Rm = hambatan dari konduktor pada temperatur maksimal (/meter)

Metodologi Penelitian

Sebagai bahan penelitian adalah SUTET 500 kV di zona Krian pada lokasi Paiton-Krian menggunakan konduktor ACSR Gannet sepanjang 145 km. Adapun konduktor ACSR yang digunakan mempunyai data spesifik sebagai berikut:

•           Panjang sirkit [8]: 2 x 144,24 kms.

•           Panjang rute [8]: 145 km.

•           Jenis [8]: ACSR Gannet.

•           Diameter konduktor [10]: 25.75 mm.

•           Ratio Al/Steel [10]: 26/7.

•           Material [10]: Kombinasi alumunium dengan baja.

•           Diameter Alumunium [10]: 4.067 mm.

•           Diameter Baja [10]: 3.162 mm.

•           Tegangan kawat [10],[7]: 2380 Kg.

•           Jumlah per-fasa  [8]: 4.

•           Jumlah spacer per-fasa [8]: 8.

•           Jarak gawang rata-rata [8]: 350 m.

•           Berat per-kilometer [10]:1365 kg.

•           Tahanan maksimal/km/20C [10]: 0.08551 ohm.

•           Modulus elastis  [5]: 8.360 x 103 kg /mm2.

Saluran transmisi tegangan ekstra tinggi 500 kV jalur Paiton-Krian yang mempunyai dua dead-end span terletak pada menara 184 sampai dengan 349 [8].

Alat Yang Digunakan

            Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah satu set komputer pribadi dengan spisifikasi RAM 32 MB dan mikro prosesor pentium 233 MHz dibantu  dengan    perangkat  lunak  (software) Matlab 5.3 untuk perhitungan-perhitunganya.

Panas yang dibangkitkan oleh konduktor dipengaruhi oleh temperatur ambient  dan rugi-rugi  listrik sebagai akibat mengalirnya arus pada konduktor. Sesuai dengan karakteristik konduktor yang diperoleh berdasarkan data dari Sumitomo and Hitachi Cable. Untuk temperatur ambient dalam simulasi ini diambil 40 derajat Celcius. Perhitungan awal dalam pene- litian ini adalah menggunakan  konduktor  jenis ACSR dengan data spesifik sesuai dilapangan yaitu 392,7 mm2 . Grafik 1 menunjukkan hasil perhitungan yang menyatakan hubungan  pengaruh  perubahan arus beban pada saluran transmisi terhadap tem- peratur konduktor. Dapat dilihat dari grafik bahwa kenaikan arus akan diikuti dengan kenaikan tempe- ratur secara eksponensial. Jika dianggap temperatur maksimum yang dijinkan mengalir pada konduktor adalah sebesar 90C maka besar arus maksimum yang diijinkan mengalir adalah 850 Ampere.

Kesimpulan

·         Pembebanan arus saluran akan menyebabkan kenaikan temperatur konduktor. Kemampuan hantar arus konduktor ACSR adalah 850 Ampere (pada temperatur maksimum 90oC), meng- akibatkan terjadinya peningkatan temperatur konduktor sebesar 125.94 %.

·         Meningkatnya perubahan arus akan menyebab- kan menurunnya tegangan tarik konduktor. Berdasarkan pada temperatur maksimum yang diizinkan, tegangan tarik konduktor minimum pada menara antara 280-281 untuk konduktor ACSR adalah 1678.162112 Kg.

·         Kenaikan arus saluran akan mengakibat kanan- dongan bertambah besar. Batas maksimum andongan pada konduktor ACSR menara antara 280-281, yang dihitung berdasarkan temperatur maksimum yang diizinkan, nilai andongannya mencapai 6.7053 meter. Jadi terlihat bahwa sebagai dampak dari meningkatnya kemampuan hantar arus akan mengakibatkan pemuluran konduktor yang lebih panjang.

·         Semakin panjang jarak span di  antara  dua menara, maka semakin tinggi nilai andongan yang terjadi. Pada menara antara 216-217 yang merupakan span dengan jarak terpanjang (565.8 meter), nilai andongannya mencapai 40.1505 meter.

Saran

            Dalam penelitian ini belum dibahas mengenai bagaimana pengaruh waktu terhadap perubahan karakteristik mekanik konduktor tersebut, sehingga penelitian ini masih dapat dikembangkan lebih lanjut.

Daftar Pustaka

[1] Arismunandar, A. Dan Kuwahara, S., Teknik Tenaga Listrik, Vol.II, Jakarta: Pradnya Para- mita, 1990.

[2] Begamudre, Rakosh Das., Extra High  Voltage  AC Transmission Engineering, India: Kanpur, 1987.

[3] Despande, D.V., Electrical  Power  System Design, New Delhi: Tata Mc. Graw Hill, 1984.

[4] Gonen, Turan, Electrical Power Transmission System Engineering: Analysis and  Design, USA: John Willey & Sons Inc., 1988.

[5]    Hitachi, Hitachi AS Wire.

[6] Hutahuruk, T.S., Transmisi Daya Listrik, Jakar- ta: Erlangga, 1999.

[7] Mehta, V.K., Rohit Mehta, Principles Of Power System, New Delhi: S. Chand & Company LTD, 2002.

[8] PLN-ABB/MEWK/BBS Consortioum, Tower Schedule: Line Section Paiton-Krian, 1993.

[9] Starr, A.T. Generation, Transmission and Utili- zation Of Electrical Engineering, New  York: Sir Isaac Pitman and Sons (Canada) Ltd., 1961.

[10]  Sumitomo Electric, ACSR.