kawat tanah sib
Post on 06-Apr-2018
243 Views
Preview:
TRANSCRIPT
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 1/27
PROCEEDINGSTB VoI.2i,No. I, 1988
PERHITUNGANGANGGUANKILAT PADA SALURANI.JDARATEGANGANMENENGAH
Oleh: I.,SHutahuruk*
SARI
Perhitungan8an88lBnkilat saluranudara teganganmenengahbaru dilak'kan secarantensifpada ahun-tahun erakhir l960an, -antara ain oleh Uehara dkk. (196s)dan Auer dkk.(1e6e).
Perhitungan-perhitunganersebut menggunakanmodel geometrisdari salurandan generatorsurja,misalnya angdilakukanolehAuer dkk. (1969).
Berdasarkaneori-teori yang sudahdikembangkan leh Rusck (195g), whitehead(1977),Razevg (1979), dan lain-lain, penulis mencoba menguraikansuatu metode analitis yangsederhana enganperhitungan angandenganmenggunakan lat hitung elektronik.
ABSTRACT
The calculations f lightningoutages f mediumvoltage verheadineshavenot been nten-sivelyconducteduntil late in the 1960s, amongothersby ueharaet al (196g) and Aueretal (1969).
Thosecalculationsusea geometric nrodel of the line and a surgegeneratoras conductedbyAueret al (1969).
Based n the theoriesr evelo.pedy Rusck 195g),whitehead(1977), Razevig1979),andothers, the writer tries to outline a.simpleanalytical method that canbe calculatedmanuallyby usingan electroniccalculator.
2l
t Jurusan Teknik Elekrro, Fakurtas Teknorogi Industri, Institut Teknologi Bandung.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 2/27
22 PROCEEDINGSTB VoL21,No. 1, 1988
Pendahuluan
Yang dimaksud dengangangguan ilat pada saluranudara adalahkilat yang
menyai-rbarSaluran,baik secara angsungmaupun tidak langsung,dan me-
nyebabkan rlat pemutus daya membuka untuk mengisolasikan :tlrtran ang
terganggu ari sistem.
Pada saluran udara teganganmenengah SUTM), gangguan ilat terdiri dari
gangguan kibat sambaranangsung an gangguan kibat sainbaiait ;dak la;rg
sungatau sambarannduksi. Padasaluranudara eganganinggigangguan ilat
akibat sambarannduksi sangat ecil dan diabaikan.Tetapi padasaluranudara
teganganmenengah, erutama Salulanmenengahanpakawat tanah ataukawat
netral, qmlah gangguan ilat akibat sambarannduksi itu dapat ebih banyakdari gangguan ilat akibat sambaranangsung.Hal tersebutdisebabkaningkat
ketahanan mpuls isolasi Vson) dari isolator SUTM rendah dan daerahsam-
baran nduksi yang uas.
Jadi umlah gangguan adasaluran eganganmenengah apatdituliskansebagai
N o = N 1 + l / , ( l )
dengan:
No = jumlah gangguan ilat padasaluran
Ni = jumlah gangguan kibat sambarannduksil/t = jumlahgangguanakibat sambaranangsung.
Sambaran angsung
Yang dimaksud dengansambaran angsungad'alahkilat yang menyambar lang-
sungpadakawat fasa untuk saluran anpakawat tanah)ataupadakawat tanah
(untuk salurandengankawat tanah). Pada saluranudara tcganganmenengahyang dilengkapidengan awat tanahdiasumsikanidak adakegagalan erisaian.
Asumsi ini dapat dibenarkan karena tinggi kawat di atas tanah relatif rendah
(10 sampai l3 meter) dan juga karena dengansudut perisaian ang biasanya
< 60o sudahdapat dianggap emuasambaran ilat mengenai awat tanah;jadi
tidak ada kegagalan erisaian.
PanjanggawaltJsaluranudara teganganmenengah elatif pendek, dan hanya
berkisar itrttara 40 sampai 80 meter dengan panjang rata-rata50 meter. Pada
saluran anpa kawat tanah semuasambaran ilat dianggap erjadi padakawat
dan pada salurandengankawat tanah, di mana pengetanahan ilakukan pada
jarak 3 sampai 4 gawang, emua sambaran ilat dianggap erjadi pada tiang
atau dekat tiang, baik pada tiang yang diketanahkanmaupun pada tiang yang
tidak diketanahkandenganperbandinganyang sama.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 3/27
PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. I, 1988
Pada waktu kilat menyambar kawat tanah atau kawat fasa akan timbul arus
yang besardan sepasang elombangberjalan yang merambat padakawat. Arus
yang besar ni dapat membahayakanperalatanyang adapadasaluran.Besarnya
arus atau tegangan akibat sambaran ini tergantung pada besararus kilat, waktu
muka, dan jenis tiang saluran.Karena saluran eganganmenengah idak begitu
tinggi di atas tanah, maka jumlah sambaran angsungpun rendah.Makin tinggi
tegangansistem,makin tinggr tiangnya, dan makin besar umlah sambaran e
saluran tu.
&mbaran tidak langsungatau sambaran nduksi
Bila terjadi sambarankilat ke tanah di dekat saluran, akan terjadi fenomena
transien yang diakibatkan oleh medan elektromagnetisdari kanal kilat. Feno-
mena kilat ini terjadi pada kawat penghantar.Akibatnya timbul teganganebih
dan gelombang berjalan yang merambat pada kedua sisi kawat di tempat
sambaranberlangsung.
Fenomena transien pada kawat dapat berlangsunghanya di bawah pengaruh
gaya yang memaksa muatan bergerak sepanjanghantaran. Atau dengan per-
kataan lain, transien dapat terjadi di bawahpengaruhkomponen vektor kuat
medan yang berarahsejajardenganarahpenghantar.Jadi bila komponen vektor
dari kuat medan berarahvertikal, dia tidak akan mempengaruhiatau menimbul-
kan fenomena transienpada penghantar.
Penangkapankilat oleh saluran, umlah sambarandan probabilitas distribusi;
arus.
Suatu saluran di atas tanah dapat dikatakan membentuk bayang-bayang istrikpada tanah yang berada di bawah saluran transmisi itu. Kilat yang biasanya
menyambar tanah di dalam bayang-bayang tu akan menyambar saluransebagai
gantinya, sedangkilat di luar bayang-bayangtu samasekali.tidak menyambar
saluran.
Lebar bayang-bayang istrik atau disebut'daerahperisaian'untuk suatu saluran
diberikan oleh Whitehead (197'7)(gambar I ).
Lebar bayang-bayangW adalah:
W = (b + hr,oe\meter Q)
dengan
b = jarak pemisah antara kedua kawat tanah (meter, bila kawat tanah hanya
satu.b = 0)
23
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 4/27
24 PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. I, 1988
h = tnggi rata-rata kawat tanah di atas tanah = ht -23 unaoneun meter).
h, = ttnggi kawat tanah padatiang (meter).
Di luar daerahperisaian tu kilat dianggapmenyambar langsung e tanah, atau
disebut sambaran nduksi.
Padasaluranudara teganganmenengah(SUTM) lebar bayang-bayanguntuk tiga
macirmkonfigurasi diberikan pada gambar2.
GW=
kawatanahA, B, C = kawatasa
\\
2n lF --{G- b +- 2hlos
Gambar Lebar ayang-bayangistriksaluran daraerhadapambaranilat
Jadi luas bayang-bayang ntuk 100 km panjangsaluran
.,4= l0o (km) X (b + qtr '0e) x l0- 3 (tm)
atau
A = O,l (b + 4hr '0e1km2 per 100 km saluran
Jumlah vmbaran kilot ke bumi
Jumlah sanrb::rrnkilat ke bumi sebandingdengan umlah hari guruh per tahun
atau Iso Keraunic Level (IKL) di tempat itu. Banyak penyelidik yang mem-
berikan periiitian ke arah ini dan mengemukakan rumus-rumus yang berlainan.
Rumus-rumus tersebut diberikan dalam tabel I (Anderson, 1982).Untuk Indonesia, penulis mengusulkanmenggunakan
N = O, l5IKL
dengan
(3)
(4)
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 5/27
PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. t, 1988
N = jumlah sambaranper km2 per tahun
IKL
= jumlahhari
guruh pertahun
Jadi umlah sambaranpadasaluransepanjang100 km adalah
N r=N x ' 4
. atauII 1yr= 0,015 IKL (b a 471,0e sambaran er 100 km per tahun (5)
I f"bel 1 Relasimpirisntara erapatanambaranilatdanhariguruhahunanAnderson,
1982).
25
No. Lokasi
KerapatanambaranpetirN (perkm2
per ahun)' Penyelidik
1 . I n d i a 0 , 1 0 K L Aiya (19681
Anderson Jenner 19541. R h o d e s i a 0 . 1 4 I K L
3. Afrika Selatan 0,023(lKL)13i Anderson-Eriksson1954)
4. Swedia
5 . Inggr i s
a = 2 , 6 1 0 , 2 X 1 0 - 3b = 1 , 9 1 0 , 1
6. AS (bag.Utara) 0,11 KL
7. AS (bag. elatan 0,17 KL
0,004 lKL)2 Mul ler-Hi l lebrand1964)
a ( lKL )b Stringfellow1974t'
Horn& Ramsey1951)
Horn& Ramsey1951)
Anderson 1968)
Brown& Whitehead19691
0 , 1 K L
0 , 1 5 l K L
8. AS
9. AS
10. Rusia
11 . Dun ia i k l im edang) 0 ,19 KL
12. Dunia ik l imsedang} 0,15 KL
13 . Dun ia i k l im rop i s ) 0 ,13 IKL
0,036(lKL)13 6olokolov& Pavlova1g72lBrooks 19501
Golde 1966)
Brooks1950)
' Urtuk daerah sekitar katutistiwa dengan iklim tropis sopertidi lndonesiadergan IKL antara 6O sampai150, penul ismerBusulkanpenggunaanN = 0,15 lKL.
ILompatan api dan bwur api
II Besar tegangan yang timbul pada isolator saluran tergantung pada kedua
parameterkilat, yaitu punek dan kecuramanmuka gelombangkilat.Tidak semua sambaran kilat dapat mengakibatkan lompatan api (flashover)
pada isolasi saluran. Demikian juga tidak semua lompatan api yang timbuldapat beralih menjadi busur api Qnwer arc) yang mengakibatkan gangguansaluran(line outage).
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 6/27
PROCEEDINGSTB Vol.21, No. t, 19886
kawat asa.--o o o\z ' f \ -
- l \- l \
- ' |- - -
. | \2 \
a , \- h \- " \
--t-.', - '6 T o---
- l s2 l \
l t i ' o n- -
h
kawat anah
- -?--- z - O ; O C t -. |
- \- l \
t|
- -
h
Gambar2 Lebarbayang-bayangistrik saluran dara(a)Saluran dara anpakawat anah(b) Saluran dara engan awatnetraln (b = 0)(c)Saluran dara engan atukawat anah b = 0)
W = Lebarbayang-baYangistrik.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 7/27
PROCEEDINGSTB VoL 21, No. I. 1988
Terjadinya lompatan api bila saluran disambar kilat tergantung pada besar
tegangan ang timbul dan melebihi kekuatan mpuls V5sv isolator.Demikian
juga terjadinya peralihandari lompatan api menjadi busur api yangmengakibat-l.an gangguan saluran tergantung pada sejumlah faktor seperti dijelaskan di
bawah ni.
Waktu beraksi rele biasanya tidak kurang dari setengahputaran (cycle) atau0 0l detik (untuk frekuensisistem50 Hertz), sedang ksistensi elombang ilattidak lebih dari 100 mikrodetik. Jadi lompatanapi impuls itu tidak mungkin
mengakibatkanpemutusan saluran.Pemutusansaluranhanya terjadi bila lom-patan api impuls beralih menjadi pelepasanbusur api yang terus bertahankarena egangan erja saluran.
Probabilitasberalihnya lompatan api impuls menjadi busur api tergantungpada
sejumlah faktor, termasuk daya sumber.Tetapi yang paling berpengaruhadalahintensitasmedan yang ditimbulkan oleh tegangankerja dalam kanal pelepasanimpuls (impulse discharge).Makin tinggi intensitasmedan, makin baik konduk-tivitas kanal pelepasan mpuls, dan makin tinggi.probabilitas beralihnya lom-patan api nrenjadi busur api. Yang terakhir ini selalu mengakibatkangangguan
saluran.
Bila gradien tegangan erja sepanjangalan lompatan api tidak cukup besar,busur api tidak akan terbentuk dan karenanya gangguansaluran Wa tidakterjadi.
Menurut sejumlahpenelitianyang dilakukan di Rusia(Razevig,1979), proba-bilitas beralihnya ompatan api menjadi busur api pada solator dihubungkandengan intensitas medan karena tegangankerja dan ini kira-kira sama denganhasilbagi tegangan etral (rms) denganpanjang solator. Besarnya robabilitasperalihan ompatanapi menjadibusurapi diberikandalam abel2.
Tabe l2 Probab i l i tas era l ihan ompatanap i men jad ibusurap i (Razev ig, g79)
Gradien tegngan
Eo (kVr,nr/meter)
Probabilitas eralhan ompatan
api menjadibusurapi,11
1 1
0,60,45
o,25
0 . 10
Makin tinggi tegangankerja sistem, makin besargradien tegangan, ehinggamakin besarpula probabilitas eralihan ompatanapi menjadibusurapi.Jadi, dari penjelasan i atas dapat disimpulkanbahwa umlah gangguan ada
saluran ergantungpada
50
3020
1 0
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 8/27
28 PROCEEDINGSTB Yol. 21 No. I , 1988
a. Jumlah sambaranpada saluran,N1b. Probabilitas erjadinya lompatan api,Pp 1
c. Probabilitasperalihan ompatan api menjadi busurapi,4
Dengandemikian umlah gangguan apat ditulis Sebagai:
N, = 0,015 IKL (b + 4hr oe) .pp I .r l (6)
Untuk mengurangi probabilitas terjadinya lompatan api biasanya dipasangkawat tanah'pada saluran.Jadi, bila kilat menyambar kawat tanah, hanya aruskilat yang besaryang dapat menimbulkan lompatan api.
hobabilitas peralihan lompatan api menjadi busur api dapat'dikurangi denganmemperpanjangalan
lompatan api, misalnyamenggunakan iang kayu.
hobabilitas distribusi arus kilat
Probabilitas distribusi harga puncak aruskilat diberikan oleh beberapapeneliti,antara ain oleh Popolansky (1970), yaitu
1Pt=, a e)
t+ (B) '
Tetapi untuk memudahkan penggunaannya elak, terutama dalamperhitungangangguankilat karenasambarannduksi, rumus Popolansky tu didekati denganfungsi eksponensial
I
^-3 t -
f r = € (8)
selanjutnya, persamaan 8) inilah yang digunakandalamperhitungangangguankilat akibat sambaran angsungdan sambaran nduksi padasaluranudara egang-an menengah.
Perhitungan gangguankilat akibat sambaran nduksi
Sampai saat ini telah banyak dilakukan penelitian, baik perhitungan teoritismaupun percobaandalam hubungan dengan egangan nduksi akibat sambarankilat tidak langsungatau sambaran nduksi. Penelitian-penelitian ersebut di-lakukanantara ainolehBewly (1951)dan Rusck 1958).
Dalam pembahasan-pembahasani bawah ini akan diberikan secarasingkatteori yang dikemukakan oleh Rusck (1958). Ia memperhitungkanpotensialskalar dan potensial vektor untuk menghitung tegangan nduksi akibat sam-baran tidak langsung.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 9/27
PROCEEDINGSTB Vol.2 , No. I, 1988
Teganganpada saluranakibat sambaran nduksi
Untuk dapat menghitung tegangan ebih pada saluranakibat sambaran nduksi
terlebih dahulu harus diketahui medan elektromagnetisdari sambarankilat.Arus kilat pada tanah mempunyai waktu muka yang kecil dan ekor yang pan-jang. Selamaprosespelompatan kepala (stepped eader) suatu muatan 46 ter-distribusi secaramerata sepanjangkanal kilat (lightning channel). Kemudiansambaranbalik yang berupa su4'aarus denganbentuk fungsi langkah (stepped
function) bergerakke atas dengankecepatansamadengankecepatansinardanmenetralkan muatan yang ada padakanal kilat. Bila waktu muka dari aruskilattidak diperhatikan, pendekatan ini dapat digunakan untuk bagian bawah darikanal kilat, di mana variasi muatan dan kecepatan pada ketinggian di ataspermukaan anah dapat diabaikan.
Hubungan'antara rus s dan muatan{s adalah:
I o = c Q o ( 9 )
dengan
16 = hargapuncak arus kilat selamasambamnbalikc -- kecepatanmerambat sambaranbalikq9 = muatan listrik pada intasankilat per satuanpanjang
Denganbantuan pers:lmaanMaxwell, Rusck menurunkan besarpotensialskalarpenginduksi penurunan rinci dari persamaantu tidak diberikan di sini) sbb.:
dengan
- I Y , _ | , 1 . 26X 10 - 6 . , . , .zo=fr-
(uoleo)- -u (#ffii)r, (ilI= 30 ohm
h = tinggi kawat di atas anahco = kecepatanmerambat sinar
c = kecepatanmerambatsambaranbalikI = panjang otal jalan kilatr0 = jarak antarakawat dengansambaran ilatf = waktu
Jugaditurunkan besarpotensialvektor penginduksi,
V i n d = 2 Z o I o h ( c o ! - \ I Itv' '\r[OT+;7
, #t"=2zoro klc) h
JGD"+tt-Gl%fth
1 10)
(t2)
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 10/27
30 PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. I, 1988
Daripersamaanl0) dan l2) diperoleh arga elombangegangannduksiuntuk masing-masingomponen, aitu
Vr= VinoG)+Yz,W
vz= vind(-x)Y,o+fo (13)
atau
vr =zo oh(clc) t j - r4qfW:r), l
v , r _x + ( c l c o ) 2 ( c o t - x )
,n l r f t
V, = V, (-x) (14)
Jadi umlah gelombangegangannduksiakibat sambaran ilat tidak langsungadalah
V=V.+V, (15)
Dalampersamaan14),
x = kordinat sepanjang awat;x = 0 adalah itik yang terdekat ke sambaran ilat
y = jarak kawat dengansambaran ilat vertikal.
Pada itik r = 0, yaitu titik terdekat ke sambaran, etelahsubstitusidalam per-
samaan I 4) dan ( l5), dan mengingatcf cs kecil, diperoleh hargamaksimum
zo lohI r+{ + . - - -J - - - - l (16)o ,^ak.=- y
- ', /2 co 11 r7r1r1^y .p l
Hargaclco = 0,1 sampai0,5, adi
zo lohVo,^^k , - ] - (1 ,07 1 ,38)
Dari persamaan | 6) nyata kelihatan bahwa tegangan nduksi tidak begitu ter-
gantung pada kecepatan merambat dari sambaranbalik kilat. Tegangannduksi
padasalurandi titik yang auh dari sambarandicapai bila x = + oo.
Bila harga ini diisikan ke dalam persamaan 14) dan kemudian dihitung tegang-
an induksi maksimum padatitik terjauh itu, diperoleh
z o l o h 3 0 I o hVi= V* ,^urs = - " - j - (17)
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 11/27
PROCEEDINGSTB VoL21. No. 1. 1988
Dalam perhitungan sela4iutnya, sebagai tegangan induksi akibat sambaraninduksi digunakan egangannduksi yang diberikan oleh persamaan 17). Dari
pcrsamaan ni terlihat bahwa harga maksimum tegangan nduksi tidak tergan-tung lagi padakecepatanmerambatdari sambaranbalik kilat.
Pengaruhkawat tanah terhadap tegangan nduksi
Dalam menghitung pengaruh kawat tanah terhadap tegangan nduksi diper-kenalkan Faktor Perisaian (FP) yang didefinisikan sebagaihasil bagi teganganinduksi dengankawat tanah dan tegangannduksi tanpa kawat tanah.
Kawat tanah ideal adalah kawat tanah yang mempunyai titik pengetanahanpada setiap titik sepa4jang awat tanah sehingga otensialnyasepanjang awatadalah nol. Pada kenyataannya idak ada kawat ideal, adi kawat tanah itumempunyaibeda eganganertentu terhadap anah.
Padapasal ini dibahas keadaan dengansatu kawat tanah dan tahanan kontaktiang sebesarR(gambar3). Diasumsikan idak terjadi pantulan padaujung salu-ran. Bila gelombang egangan ang timbul padakawat 2 (kawat tanah) sebelumdiketanahkanadalah vr, maka arus yang melalui impedansisetelahdiketanah-kan dengan ahananR
adalah
R + ( 2 2 2 1 2 ) ( 18 )
31
v21 2 =
2 .. kawat anah
Garnbar Saluran engan atukawat anah
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 12/27
PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. I, 1988
dengan
V2 = tegangan nduksi padakawat 2 sebelumdi ketanahkan
222 = impedansisurja kawat 2R = tanah kontak ke tanah
12 = arusyang mengalirpadahubunganke tanah.
Arus ini memberikan kenaikan pada gelombang teganganpada kawat fasa IsebesarVz, yaitu:
, I ) 2 , ,AVz=zrz(--)=- rT#;vz ( le)
dengan Zt2 = impedansisurja bersama awat tanah dengankawat fasa.Jadi besar eganganpadakawat fasa I setelahkawat tanah 2 diketanahkan.
Vt ' = Vl + LV2 atau
2 , "Vr'= V, -
fn-*}; V, (20y
Jadi Faktor Perisaian FP) adalah
vr ' z rz vzFP=- i - - l - (21), r 2 R + 2 2 2 V r
dengan
Vr' = tegangan nduksi padakawat I setelahkehadirankawat tanah 2Z, = tegangan nduksi padakawat I sebelumkehadirankawat tanah2.
Karena tegangan nduksi sebelumdiketanahkan sebandingdengan inggi kawatdi atas anah, atau(V
rlV,)= (h
rlh1 ), makapersamaan21) menjadi
Z . h 2t r p _ l * _ t te Z )
2 R + 2 2 2 h r
dan persamaan20) menjadi
.z*h ,/, '= r T{e, i),, (23)
Dalampersamaan22) dan 23),ft, = tinggi rata-rata awat asa
{iatas anah
h, = tnggi rata-rata awat anah2 di atas anah.
Pacasaluran asa-tigadenganempat kawat, yaitu iiga kawat fasadan satu.kawatnetral,dantidak adakawat tanah,makapengaruh awatnetral tu ter-hadap egangannduksi padakawat fasasamasepertipengaruh awat tanah
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 13/27
PROCEEDINGSTB Vol. 21. No. I. 1988
padategangannduksi padakawat fasa.Dalam halini,tinggi kawat netral di atas
tanahh2 lebih rendah dari tinggi kawat fan ii1 sehingga esar aktor perisaian
lcbih besardibandingkanfaktor perisaiandari salurandengankawat tanah.Atla kalanya kawat netral tu dipasang i ataskawat fasa,samasepertikeduduk-
an kawat tanah. Dalam hal ini faktor perisaianakan lebih kecil, adi lebih baik.
Tetapi kawat netral yang dipasangdi ataskawat fasa akan mempertinggi iang
dan dengandemikianakanmemperbesarumlah sambaranangsung.
Bila di mmping kawat netral yang dipasangdi bawah kawat fasa a.dakawat
tanah yang dipasangdi ataskawat fasa,persamaan 23) tetap dapat digunakan.
Dalam hal terakhir ini 212 dan 222 harus dihitung untuk kawat gabungan
kawat tanahdan kawat netral dengan inggiekivalendari kawat gabungantu.
Perhitungan umlah gangguankilat akibat sambaran nduksi
Pandanglahsuatu kawat setinggi h di atas anah. Misalkanlahsuatu sambaran
kilat vertikal menyambar anahpada araky darikawat (gambar4).
Besaregangannduksi padakawat diberikanoleh persamaan I 7), yaitu
30 / , ( ' hv i= -n ' (17)
dengan
V, = tegangan nduksi padakawat (kv)
Io = besararuskilat (kA)
h = tinggirata-rata kawat di atas a,rah(m)
y = jarak horisontal antarasambaran ilat dengankawat (m)
Bila saluran itu dilengkapi dengan kawat tanah, maka besar tegangan nduksi
padakawat fasadiberikan oleh persamaan 23),yaitu
33
z.^ h"vi=(t-
2R+;trr ' (23)
dengan
Vi = tegangannduksi padakawat fasadengan awat tanah(kv)
Vi = tegangannduksi padakawat fasa anpakawat tanah kv)
222 = impedansi uqa sendirikawat tanah2 (ohm)
Z12 = impedansisuf a bersamaantara awat tanah 2 dan kawat fasa (ohm)
h 1= tinggi rata-rata awat fasa I di atas anah(m)
h2 = tinggi rata-ratakawat tanah 2 di atas anah (m)
R = tahanankontak tiang (ohm).
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 14/27
(})5
(a ) Tanpa kawat tanah
*
*tri
zA
at)
\ut
clF
ru:-
i\o!a
kawat asa
Gambar Saluran dara egangan enengah.
(b ) Satu kawat tanah
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 15/27
PROCEEDINGSTB Vot.21, No.L tgBS 35
Jumlah sambaranpadadaerahAy untuk panjang100 km saluran gambar4a),AN =0,01 IKL Ay
e4)Menurut persamaan 17), besar egangannduksi padakawat.30r^h
vi = -'c'-
Supaya egangannduksi samaatau melebihi ketahanan mpurs lolasi vs.vo,V
Io2 ff i , es\hobabilitas arusyang demikian
diperoleh dari persanlaang), yaituI o ,
- l - )
P r O = t' 3 4 '
atauprobabilitas terjadinya lompatan api,
.vswo^
P F L = r ' - t * 5 ; / t
Jadi, jumlahsambaranpada bidang Ly yang dapatmelebihi V5sv adalah
_ r v s v o y / rM p r = 0 , 0 1 5 I K L e t o2o " h
A , y
Bila Ay dibuat kecil sekali,Ay berubahmenjadidy danANp r berubahmenjadidNr t, dan setelahdilakukan ntegrasidari ^ io (= hl,0 9y sampai m aks (= takterhingga),untuk kedua sisisalurandiperoleh
(8)
(26)
menimbulkan tegangan
(27)
.V
rN . , =2 I
!J
2Jt ' oc
atau
- {n19%
p,o"r,2
. 5 1 0
N. , = 30,6IKL h---_-
- LJ v r v t t r L f t
l /, s ov oPersamaan28) adalahuntuk keadaan idak
ada kawat tanah. Bila adatanah,maka menurut persama n (23),
Vi=FPV,
301^ h=FPX
v
. vso%- \ - ! )
0,015 KLerozoh
dy
(28)
kawat
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 16/27
36
dengan
fP= pat
tor Perisaian,persamaan22)
Z r z h r ,=( l
TR+T' \ ,
Jadi, umlah lomPatanaPiadalah
, - t )o%-- oo o"s'5 l o F P
- 1J)9'1ro
,or1's l O
PROCEEDINGSTB Vol' 21' No' 1' 1988
(2e1
(30)
( 31 )
NF'L 30 '6 IKL 'FPh 'T
Sebagaimanadi je laskand imukat idaksemualompatanap idapatbera l ihn tenjadi busurapi ataugangguan' an besarnyu ungguuntu tergantungpadabesarnya
probabilitas n. ut"gffl;;iki"t 'l"iuli g;;ssuar akibat sambaran induksi
adalah
a.TanPakawat tanah:
e xn
gangguan er 100 km Per ahun
b. Dengankawat tanah:
N, = 30,6 KL h
N, = 30,6 KL'FP'h
vsoE"
- ,vsv/o_
2o,o"1'5 l0 .FP
e -=--- X rlvs'n
gangguan er 100km Per ahun'
Pe rs am aan (31 )be r l ak u j ugaun t uk s i s t em d i s t r i bus i f as a t i gadengank anetral anPakawat tanah'
Perhitungan gangguankilat akibat sambaran angsung
Umum
Teganganleb ihak ibatsambarank i la t , se la in tergantungpadaparameterk(arus puncak dan *;k; muka)' juga dipengaruhioleh jenis saluran
dan tiang
penopang.Jen issa luranada lahsa lurantanpat<a*at tanahdansa lurande
kawat tanah, dan jenis tiang penopangadaiah iang besi' tiang kayu' dan tiang
beton. Tiang xuvu uiuu u"i*, demikian juga lengan (crossarm) kayu mern-
pengaruhibesarnya ingkat ketahanan mpuls isolasisaluran'
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 17/27
PROCEEDINGSTB Vol. 21 No. I , 1988
Perhitungan-perhitungandilakukan berdasarkan enis tiang dan lengan besi.
Pengaruh penambahan tingkat ketahanan isolasi dari kayu atau beton dapat
ditambahkan epada ingkat ketahanan'impulssolasidari isolator.
Tahanan kontak tiang pada tiang-tiangyang diketanahkan mempengaruhi uga
teganganyang timbul pada isolator saluran. Dalam perhitungan, besar ahanan
kontak tiang yang diketanahkan diambil 20 ohm, tiang besiyang tidak diketa-
nahkan 100 ohm, dan tiang beton yang tidak diketanahkan500 ohm.
Padasambaranke kawat fasauntuk saluran tanpa kawat tanah hanya ditinjau
arus puncak kilat, sedangpada sambaranke kawat tanah pada salurandengan
kawat tanah, keduaparameter
kilat, aruspuncak,
danwaktu mukagelombang,
diperhitungkan.
Seperti disebut di muka, dimisalkan bahwa pada saluran dengankaWat tanah
tidak ada kegagalanperisaiankarena tinggi salurandi atas tanah relatifrendaht l0 meter) dan juga karena sudut perisaianbiasanya tidak terlalu besar(di
bawah60").
Padapasal-pasal i bawah ini akan dibahassaluran anpa kawat tanah dan salur-an dengan kawat tanah. Pengaruh iang beton atau tiang kayu pada umlah
ganggunakan disingggung
uga.
&luran tanry kawat tanah
Parameter sambaran kilat yang berpengaruh jika terjadi sambaran kilat pada
saluran tanpa kawat tanah adalah arus puncaknya, sedangkanpengaruh ke-curamanarus dapat diabaikan. Padasaluran anpa kawat tanah, sebagianbesarsambaran kilat terjadi pada konduktor, sementara sambaran langsung pada
tiang arang terjadi. Pada saluran dengankawat tanah dapat dianggapsemua
sambaran erjadi padatiang atau dekat tiang.
Selama terjadi sambaran pada kawat, suatu impedansi yang sama dengansetengahdari impedansi surja kawat Zol2 drhubungkanpada tempat sambaran.Besararuskilat pada tempat sambaran gambar 5) adalah
I = Iozk
(32)
37
,n*?dengan
I = besararus kilat padatempat tersambar1o = arus kilat bila kilat menyambar sesuatu
resistanceground)= impedansisurja kanal kilat= impedansi urjakawat.
zkZ
p
objek dengan ahanan nol (zero
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 18/27
38 PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. 1, 1988
zp
zp
Gambar Distribusirus ilakilatmenyambarawat
Sebagaipendekatan, umumnya diambil Zn = Zrl2 sehinggapersamaan 32)
meqjadi
I = ol2 (33)
Karena itu, pada tiap sisi dari titik sambaran,besarnyaarus adalah nl4 dan
besarnya eganganyang timbul padakawat adalah
',=T',
lo
4
(341
Untuk menentukan probabilitas ompatan api, tegangan ada persamaan34)
dibandingkan dengankekuatan isolasi dari semua alan yang mungkin dari lom-
patan api isolasisaluran,
I-P- z 2v.n . (35)4 p " " ' "
Probabiltas arussamaatau melebihi10, atau probabilitas erjadinya ompatan
api,
_ / o^ 3 4
f F L = e
-Jv'-8 . 5= e P
Jumlah sambaran ilat padasalurandiberikanpadapersamaan5), yaitu
ly ' , = o,o15 IKL (b + 4 h\ 'oe) (5)
samba.raner100km per tahun
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 19/27
PROCEEDINGSTB Vol.21. No. I. 1988
Jumlah lompatan api adalah umlah sambarandikalikan probabilitas arus.yang
samadenganatau melebihi arus1o yang dapat menimbulkan lompatan api,o''*"
- t- - - l
NFL = 0.015 KL (b + 4 hr 'oe; es5 zp
'
Selanjutnya, bila probabilitas peralihan lompatan api menjadi busur api(power
arc ataupower follow) 4, maka umlah gangguan dalah
N r = N r L X r l = N r P p y e
atau
- ,vso%
-8 . 5 2
N, =0 , o l5 I KL ( b+4h r , oe ) e P X 4
Pada saluranudara dengan konfigurasi horisontal hampir semua sambaran er-
jadi pada kawat yang paling pinggir, sedangpada konfigurasi vertikal pada
kawat palingatas.
Pengaruh iang beton menambahtingkat ketahanan solasibeberapapuluhkV,
dan ini dapat ditambahkan kepada V5sv" dari isolator saluran. Tegangan em-busbeton basah iambil20 kVlcm.
Pada sistem yang netralnya tidak diketanahkan atau pada sistem yang dike-
tanahkan dengan kumparan Petersen dengan derajat tala sempurna, bahkan
pada saluranyang menggunakan iang kayu lompatan api pada satu fasa tidak
dapat mengakibatkangangguan aluran.Jadi, probabilitas gangguan ang terjadi
adalahgangguan asake fasaatau gangguan iga fasa.
Bila pelepasankilat terjadi pada kawat dekat tiang, arus kilat penuh sebesar
yang diperoleh padaobjek yang diketanahkan secara empurna,atau tahanan
R = 0, mulai mengalir melalui tahanan kontak tiang R dan badan tiang mem-
peroleh teganganhampir sama dengan,fsR. Kawat yang disambarkilat juga
mengalami tegangansama dengan16R, dan tegangan nduksi pada kawat dise-
belahnyamenjadi
K I o R
dengan'K = faktor gandengantarakawat luar dan kawat di tengah.
Dalam keadaan ni teganganyang bekedapada solasikawat kedua adalah
(36)
1oR( l - r ( )
lompatan apipada solasitu akan erjadibila
10R (1 - K)2 Vson
atau
(37\
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 20/27
40
V, nr^Io> p 11ft1
Jadi, umlah gangguan asake fasa,
-,vsvo
,
{= o , o l s I K L ( b + 4 h r , o e ) e
R ( r - K ) 3 4 '
PROCEEDINGSTB Vol.2l,No. I,1988
(38)
x r l (3e)
(40)
&luran dengan kawat tanah
Seperti diketahui, pemasangan awat tanah bertujuan untuk melindungikawatfasadari sambaran angsung ilat.
Seperti telah disebutkan, di sini dianggap semua sambaranmengenaikawattanah pada atau dekat tiang, baik tiang yang diketanahkanmaupun tiang yangtidak diketanahkan. Jumlah sambaranpada tiang yang diketanahkan diambilsamadenganumlah sambaranpada tiang yang tidak diketanahkan.
Juga telah disebutkan bahwa tiang yang diketanahkanmempunyai tahanankontak rata-rata 20 ohm, tiang besi yang tidak diketanahkanmempunyaitahanan ontak 100
ohm, dan iangbetonyang idak diketanahkan00 ohm.untuk sambaran ada tiang, kilat seolah-olahmenenrui mpedansisurjakawattanah dan impedansisurja tiang yang erhubungparalel.Setelah ilat menyam-bar tiang,gelombangmerambatke dasar iang.PadadaszLriang terjadipantulandan gelornbang antulan ni merarnbat e puncak tiang, empat a dipantulkankembali.Jadi,pada iangterjadi pantulanulang.
Sudah elas perhitungan tersebut sangat banyak dan memakan waktu yangsangat ama (Hutauruk, 1965). Karena tu, dan karena umlah gangguan adasurM akibat kilat tinggi dan juga tidak dibutuhkan perhitunganyang sangatteliti, maka rumus yang diLrstrlkan leh Razevig 19'19) di bawah ini sertlahcukup memadai.
v-^_' ) U-/o' o
R + 6/ , t
dengan
I0 = arus kilat minimum yang mengakibatkan ompatan api,kAVso% = kekuatan solasiminimum, kuR = tahanan kontak tiang,ohmy = koefisien yang ditentukan padadasarperbandingandenganhasil-t- -i l
Perhitunganmenurut rumus yang lebih teliti= 0.3 untuk satukawat tanah= 0,15 untuk duakawat anah
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 21/27
PROCEEDINGSTB Vot.21, No. t, 1988
h. = tinggi kawat tanah di atas anah, meter.
Dengan mengetahui besar arus minimum yang dapat menimbulkan lompatanapi balik (back flashover), dapat dicari probabilitas terjadinya lompatan api,yaitu,
_'r*o
E + 6ht) 34
4 l
P F L = €
Jadi' umlah gangguan kibat sambaran ilat langsungpadakawat tanah.
4= N , p p r e
_vsvo
= 0 , 0 1s I K L ( b + 4 h r , 0 s ) ,, * + 6 h t ) 3 4
X 1 7 ( 4 1 )dengan4 probabilitas peralihan dari lompatan api menjadi busur api yang me_nyebabkan angguan.
Besarnyaprobabilitas lompatan api barik pada sambaranke tiang yang diketa-nahkan tergantung padatahanankontak tiang. pada tiang yang tidak diketanah-kan, karena tahanan kontak tiang besar,maka hampir semua sambarankilat
pada iang yang tidak diketanahkan tu akan menyebabkan ompatan api balik.
5 Gangguankilat total pada saluran teganganmenengah
setelah membicarakan sambaran nduksi dan sambaran angsung pada kawatfasaatau kawat tanah padapasal-pasalang lalu, sekarang ita telah siapuntukmenghitung jumlah gangguanpada saluran udara teganlan menengahakibatsambaran ilat,
tro = Ni +N,(l )
dengan
No = jumlah gangguan ilatN1 = jumlah gangguanakibat sambarannduksi
{= jumlah ganggun akibat sambaranangsung.
Gangguankilat akibat sambaran nduksi diberikan oleh persamaan 30) dan(3 I ), berturut-turut untuk saruran anpa kawat tanahdan dengankawat tanah,
yangditulis kembali di bawah ni:i) Tanpakawat anah:
- ,vsobo
,,0,095 1 0" )
x 1 1, = 30,6 KL.h 9Ysvo (30)
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 22/27
42
ii ) Dengansatukawat tanah:
- ,!t&-_, o,o,,,l/, = 30,6 IKL.Fp.t e
sloFPt,---*-a;_
P,:l.rpersamaan30) dan 31),
IKL = jumlahhari guruhper tahun!
= tinggiawatluruiui"rlrr"n, metert = tinggi kawat
!, = "na;;;fi,:T'1.:,,"ilT"litti;metern
=probabilitas peraliha, fornp"r-"" api menjadi
Gangguankilat akiLdan (41), yaitu:
tat sambaranangsungdiberikan
i) Saluran anpakawat tanah:
{ =o,os KL b+4 ht,os)"- + x r7
yattu untuk gangguansatuasake tanah.Untuk gangguan
-'r*o
{= 0,015 KL (b + q 1, r ,0e1" * ( r - r l : i -
X 11ii) Salurandengansatukawat tanah b = 0).
rr/, 0,01 KL 4hrr,or), ;tr,xn
PROCEEDINGSITB Vot.2r,No. t, tgila
( 31 ;
busurapi atau gangguan.
olehpersamaan(36), (39).
(36)
fasa e fasa,
(3e)
( 41 \
Contoh perhitungangangguankilatDi sini akan dihiturvajtu suTM ,""o" lu.].:T'.un
tunt*uun kilat Rada iga macan
Jill.ix'i:tiil*'{*#,H*f;#,,'';3.d*#ftT:fr.fuhllun kontak iangadalah:R = 20ohrnuntuk iing besi taubetonyangdiketanahkan. = 100 hm ntuk
liune.rivunJiii'* o*.ra'ahkan. = 500ohmuntuk ong o.ton;;;fr* diketanahkan.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 23/27
43PROCEEDINGSTB VoL2I,No. 1, 1988
| 0,85 | 0,85 I
Gambar Konf gurasiiangbetonSUTM anpakawat anah.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 24/27
44 PROCEEDINGSTB Vol. 21, No. I, 1988
Gambar KonfigurasiiangbetonSUTMdengan awatnetral.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 25/27
kawat tanah
PROCEEDINGS TB Vol. 21, No. I , 1988 45
Gambar8 Konfigurasiiang beton SUTMdengn kawat anah.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 26/27
46 PROCEEDINGS TB VoL 21, No. I, 1988
Tabel3 Hasilperhitungan angguanilat untuk igamacam onfigurasiiang lKL = 100)
Jumlahgangguanuntuk konfigunsi tiang
Macam
tiang
Macam
gangguan
Keterangan
Tiang
Gbr.6
Tiang
Gbr.7
Tiang
GbrS
383270
323466
623597
N i
Nt
No
T iang
bes i
N i
Nt
No
Tiang
beton
39
3473
1 9
3352
22
3254
Catatan:
N, =lumlahgan(BU:rnki lat akibat sambaran rduksi per 100km-tahun.
Na = iumlah garEguan kilat akibat sambaran angsurg per 1OOkm-tahun.
NO =lumlah gangguan i lat padasaluranper 1OO m-tahun.
lmpedansisurjasendirikawat netralataukawat tanahdiambll 7" )=
500 ohm.Impedansisurja bersamaantara kawat fasadan kawat netral (eambarJ), Ztz =
216 ohm, dan impedansisuqjaantarakawat fasadan kawat tanah (gambar8),Zr2 = 150ohm. Ketahanan mpuls solasi solatorVsyvo= l60kV, tegangantembus beton = 20 kV/cm, dan tebal beton pada utup atasdan tutup bawahdiambil masing-masine ,5 cm. Perhitunsandilakukan untuk tians besi dantiang beton. Probabilitas eralihan ompatanapi menjadibusurapi,4 = 0,5.
Hasil perhitLngangangguan ilat untuk ketiga macamkonfigurasi iangdiberi-kan
dalam abel3.
Kesimpulan dan saran
Dari pembahasan an contoh perhitungan ang elah dilakukandapatlahditarikkes impulan i bawa h n i :
I Metodeperhitungan untuk menentukan umlah gangguan ilat padasaluranudara eganganmenengah elah dibahas. vletode ersebutsangat ederhana
dan hasilnya iharaokan ukup memadaiuntuk saluran eganganmenen th.2 Jumlahgangguan kilat induksi lebih banyak dari gangguan ilat langsu, ,
padasaluran anpakawat netralatau saluran anpakawat tanah.
3 Kawat netralatau kawat tanah menguraeisansguan ilat induksi sampaikira-
ktra 5O%.
8/2/2019 kawat tanah sib
http://slidepdf.com/reader/full/kawat-tanah-sib 27/27
PROCEEDINGSTB Vol.2l. No. I. 1988
Kawat netral atau kawat tanah praktis tidak dapat meneurangigangguan
kilat langsung.
Untuk memperoleh asil yang lehih teliti perhrditeliti tahanan ontak tiane
yang tidak diketanahkan.
RUJUKAN
Anderson,J.G., Transmission ine ReferenceBook,345 kV and Above, Elec-
tric PowerResearchnstitute, 2nd. ed., Chapter 12, 1982.
Auer, G. G. dkk., Investigation nd Evaluationof LightningProtectiveMethods
for Distribution Circuits, Part I: Model Study and Analysis, EEE, Yol.
PAS88, No. 8, August 1969,pp.1232_-38.
Ibid, Part I I : Appl icat ionand Evaluat ion,EEE, Vol . PAS -88, No.8,August
1969,pp. 1239-47
Bewly, L.Y., Traveling Waveson TransmissionSystems2nd. ed., John Wiley,
New York , 1951.
Eriksson,A.J., M.F, Stringfellow and D.V, Meal Lightning Induced Overvolta-geson Overhead ines, EEE, Vol . PAS- l0l , No.4, Apri l 1982,pp.960-
67 .
Hutauruk, T.S., Metode untuk MenghitungGangguanKilat padaKawat Trans-
misi Tegangan inggi,hoceedings TB,Yol.3, No. 3, 1965.
Popolansky, F., Measurementof Lightning Currents in Czechoslovakia nd the
Application of Obtanied Parameters n the Prediction of Lightning Outages
of EHV Transmission ines,Paris,CIGRE, 1970,Report 33-03, Yol.2.
Razevig,D.Y., High VoltageEngineering,Kahnna PublisersDelhi, 1979.
Rusck, S., Induced Lightning Overvoltageson Power Transmission Lines with
SpecialReference o the Over voltageProtection of Low Voltage Networks,
Trans.of ChalmersUniversityof TechnologyStockholm,Swedia,1958.
Uehara,Ken and Genichi Ohwa, Investigationof Lightning Damages n Distri-but ion Lines, EEE, Vol . PAS 87, No. 4, Apri l 1968,pp. l0l8-25.
Whitehead,E.R., hotection of Transmission inesLightning,Yol.2 Edited by
R.H. Golde,AcademicPress,New York, 1977.
47
top related