INDUKSI ELEKTOMAGNETIK

KULIAH PENGANTAR TEKNIK ELEKTROOLEH: TEGUH ARFIANTOTEKNIK ELEKTRO ITENASBANDUNG, 2010

SISTEM TENAGA LISTRIKSecara Umum Terdiri dari :Pusat Pembangkit Listrik (Power Plant) Yaitu tempat energi listrik pertama kali dibangkitkan, dimana terdapat turbin sebagai penggerak mula (Prime Mover) dan generator yang membangkitkan listrik.Transmission Tenaga ListrikMerupakan proses penyaluaran tenaga listrik dari tempat pembangkit tenaga listrik (Power Plant) hingga Saluran distribusi listrik (substation distribution) sehingga dapat disalurkan sampai pada konsumer pengguna listrikSistem Distribusi Merupakan subsistem tersendiri yang terdiri dari : Pusat Pengatur (Distribution Control Center, DCC), saluran tegangan menengah (6kV dan 20kV, yang juga biasa disebut tegangan distribusi primer) yang merupakan saluran udara atau kabel tanah, gardu distribusi tegangan menengah yang terdiri dari panel-panel pengatur tegangan menengah dan trafo sampai dengan panel-panel distribusi tegangan rendah (380V, 220V) yang menghasilkan tegangan kerja/ tegangan jalajala untuk industri dan konsumen.Beban Merupakan pengguna/konsumer Listrik

KETENTUAN DASAR STLMenyediakan setiap waktu, tenaga listrik untuk keperluan konsumer.Menjaga kestabilan nilai tegangan, dimana tidak lebih toleransi 10%Menjaga kestabilan frekuensi, dimana tidak lebih toleransi 0,1HzHarga yang tidak mahal (Efisien)Standar keamanan (safety)Respek terhadap lingkungan

Transmisi Tegangan TinggiLiatrik yang kita pakai di rumah dihasilkan di tempat yang sangat jauh. Untuk menghantarkan listrik yang sangat jauh tersebut ada dua cara yaitu dengan arus besar tegangan rendah atau arus kecil dengan tegangan tinggi

Dalam perjalanannya yang melalui kabel yang sangt panjang, listrik menemui hambatan yang sangat besar (semakin panjang kawat penghantar hambatannya semakin besar)Jika menghantarkan listrik dengan arus besar tegangan rendah, maka energi listrik yang berubah menjadi kalor sangat besar, yaitu dapat dihitung dengan rumus W=I.R.tSelain itu untuk menghantarkan arus listrik yang besar perlu kabel yang tebal, ini memerlukan biaya yang mahal.Oleh sebab itu dipilih cara kedua, yaitu dengan arus kecil dan tegangan yang tinggi. Selain untuk memperkecil hilangnya energilistrik dalam perjalanan, juga memperkecil kawat yang digunakan. Ini mempermurah biaya.

DIAGRAM DASAR SISTEM TRANSMISITerdiri dari stasiun (pembangkit generating station)Transmission substation menyediakan servis untuk merubah dalam menaikan dan menurunkan tegangan pada saluran tegangan yang ditransmisikan serta meliputi regulasi tegangan.Percabangan hubungan antar substation (interconnecting substation) untuk pasokan tenaga listrik yang berbeda untuk keperluan pengguna konsumerDistribution Substation, pada bagian ini merubah tegangan aliran listrik dari tegangan medium menjadi tegangan rendah dengan transformator step-down, dimana memiliki tap otomatis dan memiliki kemampuan untuk regulator tegangan rendah.

TEGANGAN TRANSMISITegangan generator dinaikkan ke tingkat yang dipakai untuk transmisi yaitu antara 115kV dan 765 kV.Tegangan extra-tinggi (Extra High Voltage EHV) : 345, 500 dan 765 kV.Tegangan tinggi standar (High Voltage-HV standard) : 115kV, 138kV, dan 230 kVUntuk sistem distribusi, tegangan menengah yaitu antara 2,4kV dan 69kV. Umumnya antara 120V dan 69kV dan untuk tegangan rendah yaitu antara 120V sampai 600V

KOMPONEN TRANSMISI LISTRIKSaluran transmisi Tenaga Listrik terdiriatas :konduktorIsolatorInfrastruktur Tiang Penyangga

KONDUKTORKawat konduktor ini digunakan untuk menghantarkan listrik yang ditransmisikan.Kawat konduktor untuk saluran transmisi tegangan tinggi ini selalu tanpa pelindung/isolasi. Hanyamenggunakan Isolasi Udara Jenis Konduktor yang dipakai- Tembaga (cu)- Alumunium (Al)- Baja (steel)Jenis yang sering dipakai adalah jenis alumunium dengan campuran baja.

Jenis-jenis penghantar Aluminium AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari alumunium.AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.ACSR (Alumunium Conductor, Steel-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium berinti kawat baja.ACAR (Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium yang diperkuat dengan logam campuran.Jenis yang sering digunakan adalah ACSR

Resistor (R)Fungsi Resistor (R) :Penghambat arusPembagi arus Pembagi teganganNilai resistansi dari suatu resistor berdasarkan :Hambatan jenis bahan resistor (tergantung dari bahan pembuatnya)Panjang Luas penampang resistor Apabila arus melewati resistor maka akan terjadi beda potensial di kedua ujung terminalnya (Hukum Ohm)

Kapasitor (C)Sering juga disebut dengan kondensator dimana fungsinya adalah :Membatasi arus DC yang mengalir pada kapasitor Menyimpan energi dalam bentuk medan listrik

Faktor penentu nilai suatu kapasitor tergantung dari :Nilai permitivitas bahan pembuat kapasitorLuas penampang kapasitor Jarak antara dua keping penyusun kapasitor

Secara matematis dapat ditulis :

Dimana : = permitivitas bahanA = luas penampang bahand = jarak dua kepingSatuan kapasitor : Farad (F)

KARAKTERISTIK PADA KAPASITORJika sebuah kapasitor dilewati oleh sebuah arus maka pada kedua ujung kapaistor tersebut akanmuncul beda potensial atau tegangan, dimana secara matematis dinyatakan :

Penurunan rumus :

Sifat penyimpanan energi pada kapasitorDari karakteristik v - i, dapat diturunkan :

Misalkan : pada saat t = 0 maka v = 0pada saat t = t maka v = V

Sehingga :

Persamaan diatas merupakan energi yang disimpan pada kapasitor dalam bentuk medanlistrik.Jika kapasitor dipasang tegangan konstan/DC, maka arus sama dengan nol. Sehingga kapasitor bertindak sebagai rangkaian terbuka/ open circuit untuk tegangan DC.

Induktor/ Lilitan/ Kumparan (L)Seringkali disebut sebagai induktansi, lilitan, kumparan, atau belitan. Pada induktormempunyai sifat dapat menyimpan energi dalam bentuk medan magnet.Satuan dari induktor : Henry (H)

Arus yang mengalir pada induktor akan menghasilkan fluksi magnetik () yang membentukloop yang melingkupi kumparan. Jika ada N lilitan, maka total fluksi adalah :

Sifat penyimpanan energi pada induktorDari karakteristik v-i, dapat diturunkan :

Misalkan : pada saat t = 0 maka i = 0pada saat t = t maka i = I

sehingga :

Persamaan diatas merupakan energi yang disimpan pada induktor L dalam bentukmedan magnet.Jika induktor dipasang arus konstan/DC, maka tegangan sama dengan nol. Sehingga induktor bertindak sebagai rangkaian hubung singkat/ short circuit.

JARAK ANTAR FASAJarak minimum antara penghantar dengan penghantar di titik tengah rentangan ditentukan dengan rumus VDE sbb:

Dimana:K: Koefisien yang tergantung pada posisi dan jenis penghantar (besaran antara 0,5 1,0)La: Jarak ayunan isolator (untuk isolator gantung yang dirancang dalam bentuk V dan isolator tarik ,maka La=0) (m)Dm : Andongan penghantar pada suhu sekitar maksimum 40o C (m) l= b.v ;ket :b = konstanta (0,012 0,0007)v = tegangan nominal (kV)

20Jarak Bebas TanahMenurut Safety Code Formula,tinggi kawat minimum diatas tanah :

JB = 6,096 + (kV- 50) 0,0127 + 0,75 (Dmax - Dkerja) Meter

dengan:

Dmax = Andongan penghantar pada suhu sekitar maksimum 40o C (m)Dkerja= Andongan pada temperature kerja(m)JB = Jarak bebas

ISOLATORIsolator pada sistem transmisi tenaga listrik disni berfungsi untuk penahan bagian konduktor terhadap ground. Isolator disini bisanya terbuat dari bahan porseline, tetapi bahan gelas dan bahan isolasi sintetik juga sering digunakan disini. Bahan isolator harus memiiki resistansi yang tinggi untuk melindungi kebocoran arus dan memiliki ketebalan yang secukupnya (sesuai standar) untuk mencegah breakdown pada tekanan listrik tegangan tinggi sebagai pertahanan fungsi isolasi tersebut. Kondisi nya harus kuat terhadap goncangan apapun dan beban konduktor.Jenis isolator yang sering digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin atau gelas. Menurut penggunaan dan konstruksinya, isolator diklasifikasikan menjadi:- isolator jenis pasak- isolator jenis pos-saluran- isolator jenis gantungisolator jenis pasak dan isolator jenis pos-saluran digunakan pada saluran transmisi dengan tagangan kerja relatif rendah (kurang dari 22-33kV), sedangkan isolator jenis gantung dapat digandeng menjadi rentengan/rangkaian isolator yang jumlahnya dapat disesuaikan dengan kebutuhan.

INFRASTRUKTUR TRANSMISI LISTRIKTiang Penyangga Saluran transmisi dapat berupa saluran udara dan saluran bawah tanah, namun pada umumnya berupa saluran udara. Energi listrik yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan kawat telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media isolasi antar kawat penghantar. Dan untuk menyanggah/merentangkan kawat penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi manusia dan lingkungan sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang pada suatu konstruksi bangunan yang kokoh, yang biasa disebut menara/tower. Antar menra/tower listrik dan kawat penghantar disekat oleh isolator.Saluran Kabel bawah laut, ini merupakan saluran listrik yang melewati medium bawah air (laut) karena transmisi antar pulau yang jaraknya dipisahkan oleh lautan.

KONSTRUKSI SALURAN TRANSMISIBerdasarkan pemasangannya, saluran transmisi dibagi menjadi dua kategori, yaitu :Saluran Udara (Overhead Lines), saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antara menara atau tiang transmisi.Saluran kabel bawah tanah (underground cable), saluran transmisi yang menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah.Saluran bawah LautSaluran transmisi listrik yang di bangun di dalam laut.

GANTRY

PERSEGI

PERSEGI PANJANG

KORSET

JENIS-JENIS TOWERMenurut bentuk konstruksinya jenis-jenis tower dibagi atas macam 4 yaitu;Lattice towerTubular steel poleConcrete polewooden pole

a. Lattice Tower

31b. Tubular Steel Pole

c. Concrete Pole

d. Wooden Pole

JENIS-JENIS TOWERMenurut Fungsinya Tower dibagi atas 7 macam :Dead end TowerSection TowerSuspension TowerTension TowerTransposision TowerGantry TowerCombined Tower

BAGIAN BAGIAN TOWERPondasiPondasi adalah konstruksi beton bertulanguntuk mengikat kaki tower (stub) dengan bumi. Jenis pondasi tower beragam menurut kondisi tanah tempat tapak tower berada dan beban yang akan ditanggung oleh tower.

JENIS PONDASIPondasi NormalNormal dipilih untuk daerah yang dinilai cukup keras

Spesial Pancang ( fabrication dan cassing) dipilh untuk daerah yang lembek/tidak keras sehingga harus diupayakan mencapai tanah keras.

Raft dipilih untuk daerah berawa / berairAuger dipilh karena mudah pengerjaannya dengan mengebor dan mengisinya dengan semenRock: drilled dipilih untuk daerah berbatuan

BAGIAN-BAGIAN TOWERStub:Stub adalah bagian paling bawah dari kaki tower, dipasang bersamaan dengan pemasangan pondasi dan diikat menyatu dengan pondasi. Bagian atas stub muncul dipermukaan tanah sekitar 0,5 sampai 1 meter dan dilindungi semen serta dicat agar tidak mudah berkarat.

Leg.Leg adalah kaki tower yang terhubung antara stub dengan body tower. Pada tanah yang tidak rata perlu dilakukan penambahan atau pengurangan tinggi leg. Sedangkan body harus tetap sama tinggi permukaannya. Pengurangan leg ditandai: -1; -2; -3 Penambahan leg ditandai: +1; +2; +3

Common Body.Common body adalah badan tower bagian bawah yang terhubung antara leg dengan badan tower bagian atas (super structure). Kebutuhan tinggi tower dapat dilakukan dengan pengaturan tinggi common body dengan cara penambahan atau pengurangan.Super structureSuper structure adalah badan tower bagian atas yang terhubung dengan common body dan cross arm kawat fasa maupun kawat petir. Pada tower jenis delta tidak dikenal istilah super structure namun digantikan dengan K frame dan bridge.

Cross armCross arm adalah bagian tower yang berfungsi untuk tempat menggantungkan atau mengaitkan isolator kawat fasa serta clamp kawat petir.K frameK frame adalah bagian tower yang terhubung antara common body dengan bridge maupun cross arm. K frame terdiri atas sisi kiri dan kanan yang simetri.BridgeBridge adalah penghubung antara cross arm kiri dan cross arm tengah. Pada tengah-tengah bridge terdapat kawat penghantar fasa tengah. Bridge tidak dikenal di tower jenis pyramida

Rambu tanda bahaya.Rambu tanda bahaya berfungsi untuk memberi peringatan bahwa instalasi SUTT/SUTETI mempunyai resiko bahaya. Rambu ini bergambar petir dan tulisan AWAS BERBAHAYA TEGANGAN TINGGI.

Anti Climbing Device (ACD)ACD disebut juga penghalang panjat berfungsi untuk menghalangiorang yang tidak berkepentingan untuk naik tower. ACD dibuat runcing, berjarak 10 cm dengan yang lainnya dan dipasang di setiap kaki tower dibawah Rambu tanda bahaya.

Step boltStep bolt adalah baut yang dipasang dari atas ACD ke sepanjang badan tower hingga super structure dan arm kawat petir. Berfungsi untuk pijakan petugas sewaktu naik maupun turun dari tower.

Halaman towerHalaman tower adalah daerah tapak tower yang luasnya diukur dari proyeksi keatas tanah galian pondasi. Biasanya antara 3 hingga 8 meter di luar stub tergantung pada jenis tower

KLASIFIKASI TEGANGANSaluran Tinggi 1. Udara Tegangan Ekstra (SUTET) 200kV-500kVSaluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30kV-150kVSaluran Kabel Tegangan Tinggi (SKTT) 30kV-150kVSaluran Udara Tegangan Menengah (SUTM) 6kV-30kVSaluran Kabel Tegangan Menengah (SKTM) 6kV-20kVSaluran Udara Tegangan Rendah (SUTR) 40V-1000VSaluran Udara Tegangan Rendah (SUTR)40V-1000VSaluran Kabel Tegangan Rendah (SKTR) 40V-1000V

Jenis saluran transmisi dapat dibagi menjadi jadi :Transmisi Listrik Arus Bolak-balik (AC)Transmisi Listrik Arus Searah (DC)

Pada transmisi tegangan tinggi digunakan sistem saluran 3 fasa, untuk efisiensi. Selain karena Kel aran dari generator ber pa tiga Keluaran berupa fasa, setiap fasa mempunyai sudut pergerseran fasa 120. Pada SUTT dikenal fasa R; S dan T yang urutan fasanya selalu R diatas, S ditengah dan T dibawah.Penampang dan jumlah konduktor disesuaikan dengan kapasitas daya yang akan disalurkan, sedangkan jarak antar kawat fasa maupun kawat berkas disesuaikan dengan tegangan operasinya. Jika kawat terlalu kecil maka kawat akan panas dan rugi transmisi akan besar. Pada tegangan yang tinggi (SUTET) penampang kawat , jumlah kawat maupun jarak antara kawat berkas mempengaruhi besarnya corona yang ditengarai dengan bunyi desis atau berisik.Untuk saluran HVDC, Penyaluran tenaga listrik dengan sistem arus searah baru dianggap ekonomis bila panjang saluran udara lebih dari 640 km atau saluran bawah tanah lebih panjang dari 50 km.

Saluran Transmisi dengan menggunakan sistem arus bolak-balik tiga fasa merupakan sistem yang banyak digunakan, mengingat kelebihan sebagai berikut :Mudah pembangkitannyaMudah pengubahan tegangannyaDapat menghasilkan medan magnet putarDengan sistem tiga fasa, daya yang disalurkan lebih besar dan nilai sesaatnyakonstan

PERLENGKAPAN GARDU TRANSMISIBusbar atau Rel, Merupakan titik pertemuan/hubungan antara trafo-trafo tenaga, Saluran Udara TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik/daya listrik.Ligthning Arrester, biasa disebut dengan Arrester dan berfungsi sebagai pengaman instalasi (peralatan listrik pada instalasi Gardu Induk) dari gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir (ligthning Surge).Transformator instrument atau Transformator ukur, Untuk proses pengukuran. Antara lain :Transformator Tegangan, adalah trafo satu fasa yang menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah yang dapat diukur dengan Voltmeter yang berguna untuk indikator, relai dan alat sinkronisasi.Transformator arus, digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Disamping itu trafo arus berfungsi juga untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi.Transformator Bantu (Auxilliary Transformator), trafo yang digunakan untuk membantu beroperasinya secara keseluruhan gardu induk tersebut.

Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting Switch (DS), Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau instalasi lain yang bertegangan.Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB), Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan rangkaian pada saat berbeban (pada kondisi arus beban normal atau pada saat terjadi arus gangguan).Sakelar Pentanahan, Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi yang berfungsi untuk menghilangkan/mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem.Kompensator, alat pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran transmisi atau transformator. SVC (Static Var Compensator) berfungsi sebagai pemelihara kestabilanPeralatan SCADA dan Telekomunikasi, (Supervisory Control And Data Acquisition) berfungsi sebagai sarana komunikasi suara dan komunikasi data serta tele proteksi dengan memanfaatkan penghantarnya.Rele Proteksi, alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan

KOMPONEN PENGAMAN Komponen pengaman (pelindung) pada transmisi tenaga listrik memilikifungsi sangat penting Komponen pengaman pada saluran udara transmisi tegangan tinggi,antara lain :Kawat tanah, grounding dan perlengkapannya, dipasang di sepanjang jalur SUTT. Berfungsi untuk mengetanahkan arus listrik saat terjadinya gangguan (sambaran) petir secara langsung.Pentanahan tiang, Untuk menyalurkan arus listrik dari kawat tanah (ground wire) akibat terjadinya sambaran petir. Terdiri dari kawat tembaga atau kawat baja yang di klem pada pipa pentanahan dan ditanam di dekat pondasi tower (tiang) SUTT.Jaringan pengaman, berfungsi untuk pengaman SUTT dari gangguan yang dapat membahayakan SUTT tersebut dari lalu lintas yang berada di bawahnya yang tingginya melebihi tinggi yang dizinkanBola pengaman, dipasang sebagai tanda pada SUTT, untuk pengaman lalu lintas udara

GANGGUAN STLPada dasarnya suatu sistem tenaga listrik harus dapat beroperasi secara terus-menerus secara normal, tanpa terjadi gangguan. Akan tetapi gangguan pada sistem tenaga listrik tidak dapat dihindari. Gangguan dapatdisebabkan oleh beberapa hal berikut :Gangguan karena kesalahan manusia (kelalaian)Gangguan dari dalam sistem, misalnya karena faktor ketuaan, arus lebih, tegangan lebih sehingga merusakisolasi peralatan.Gangguan dari luar, biasanya karena faktor alam. Contohnya cuaca, gempa, petir, banjir, binatang, pohon dan lain-lain.

JENIS GANGGUANJenis gangguan bila ditinjau dari sifat dan penyebabnya dapat dikelompokkan sebagai berikut :Beban lebih, ini disebabkan karena memang keadaan pembangkit yang kurangdari kebutuhan bebannya.Hubung singkat, jika kualitas isolasi tidak memenuhi syarat, yang mungkin disebabkan faktor umur, mekanis, dan daya isolasi bahan isolator tersebut.Tegangan lebih, yang membahayakan isolasi peralatan di gardu.Gangguan stabilitas, karena hubung singkat yang terlalu lama.