Download - 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
1/35
PENGHANTARAN
PENGHANTARAN TALIAN PENDEK
Rajah 2.0 Sistem penghantaran pada talian atas
2.0 Pengenalan
Sistem penghantaran merupakan satu sistem yang besar menghubungkan stesen
penjanaan kepada pengguna melalui sistem pengagihan. Jika sistem penghantaran
membekalkan jumlah tenaga yang besar daripada stesen jana kuasa ke pusat-pusat beban.
Sistem pengagihan pula akan membekalkan tenaga daripada sistem penghantaran danmengagihkannya kepada pencawang-pencawang utama dan pencawang kecil kepada
pelbagai pengguna.
1
Stesan
Kuasa
Penghantaran
Pengagihan
Pengguna
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
2/35
PENGHANTARAN
Tenaga elektrik boleh dibekalkan dan diagihkan sama ada dalam bentuk arus
ulang-alik (A.U) atau arus terus (A.T) . Dalam praktiknya sistem 3-fasa 3-talian digunakandalam sistem pengahantaran manakala bagi sistem 3-fasa 4-talian A.U digunakan dalam
sistem pengagihan. Rajah 2.0 menunjukkan sistem penghantaran talian atas.
Pertimbangan yang penting dalam operasi talian penghantaran adalah merujuk
kepada kejatuhan voltan dan kehilangan kuasa yang berlaku dalam talian dan juga
kecekapan talian penghantaran. Komponen-komponen seperti rintangan R, kearuhan L dankemuatan C yang terdapat pada talian penghantaran mempengarhui keadaan-keadaan
tersebut.
2.1 Talian Pendek
Talian penghantaran yang mempunyai panjang kurang daripada 60 km dan
beroperasi pada kadar voltan di bawah 20 kV dikategorikan sebagai talian pendek dalamsistem pengahantaran. Merujuk kepada jarak yang singkat dan voltan operasi yang rendah,
maka kesen daripada kemuatan dalam talian ini juga kecil maka kesan kemuatan boleh
diabaikan dalam sistem talian ini. Oleh itu prestasi talian pendek adalah bergantung kepadarintangan dan kearuhan yang terdapat pada talian penghantaran. Pada talian penghantaran
sebenar, rintangan dan kearuhan terdapat disepanjang talian penghantaran tersebut. Tetapi
dalam kes talian pendek jumlah rintangan dan kearuhan tergumpal pada satu tempat atau
bahagian.
2.2 Rintangan dan Kearuhan dalam Talian
Talian penghantaran bagi litar elektrik biasanya mempunyai beberapa parameter
seperti rintangan, kearuhan dan kemuatan. Parameter ini tidak seragam disepanjang talianpenghantaran yang mana memberi kesan kepada pengaturan voltan dan juga kecekapan
talian penghantaran. Kesan ini juga bergantung kepada panjang sesuatu talian
penghantanran. Pada perbincangan ini kita akan melihat kewujudan rintangan dan kearuhan
pada talian penghantaran.
2.2.1 Rintangan Siri Pengalir
Apabila kita memperkatakan mengenai rintangan siri dalam pengalir talian
penghantaran, beberapa faktor perlu diambil kira di antaranya panjang talian, luaskeretan rentas talian, bahan dan suhu persekitaran. Seperti mana yang kita ketahui
setiap pengalir talian penghantaran yang membawa kuasa elektrik mempunyai
Pengaliran arus yang berlawanan arah di dalamnya dan keadaan inidikenali sebagai rintangan. Rintangan R dalam ohm yang terbentuk dalam
2
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
3/35
PENGHANTARAN
pengalir talian penghantaran ini merujuk kepada panjang dan keratan rentas apengalir dan boleh dinyatakan sebagai ;
R =a
(Pers: 2.1)
Di mana adalah kerintangan pengalir.Kerintangan pengalir () bergantung bukan sahaja kepada bahan yang digunakanoleh pengalir tetapi bergantung juga kepada suhu persekitaran. Nilai rintangan siri
yang terdapat pada talian dapat ditunjukkan melalui persamaan berikut:-
Katakana Jika 1 dan 2 adalah nilai kerintangan yang mana berhubungkaitdengan nilai suhu t1dan t2 maka,
2 = 1[1 + (t1 - t2)] (Pers: 2.2)Di mana adalah pekali bagi suhu bahan yang digunakan bagi merekabentukpengalir. Nilai pekali suhu bagi rintangan juga tidak tetap tetapi bergantung kepada
suhu permulaan. Pekali suhu bagi rintangan diberikan sebagai;
= 0 / (1 + 0t1) (Pers: 2.3)dimana0adalah pekali suhu bagi rintangan ketika 0C
Melalui persamaan-persamaan yang ditunjukkan dapat disimpulkan
bahawa rintangan yang terdapat dalam pengalir penghantaran sentiasa wujud dan
berterusan bermula daripada talian penghantaran sehingga tiba kepada talianpengagihan kepada pengguna.
2.2.2 Kearuhan
Pengalir pada sistem talian penghantaran bukan sahaja mempunyai
kerintangan malahan kearuhan juga wujud dalam talian tersebut. Jika kita merujukkepada Rajah 2.1(a), menunjukkan dua pengalir satu fasa, perhatikan pada bahagian
pemisah kedua-dua pengalir tersebut yang ditandakan dengan jarak D. Ketika arus
mengalir melalui kdua-dua pengalir ini pada sebarang masa ia akan mengalir pada
arah yang bertentangan dan seterusnya mengwujudkan medan disekitar kedua-duapengalir tersebut. Medan yang wujud ini akan sentiasa memberikan tekanan di antara
satu dengan yang lain seperti yang digambarkan pada Rajah 3.1(b). (lihat pergerakkan
anak panah medan).
3
D
+ -
D
- +
(a) (b)
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
4/35
PENGHANTARAN
Rajah 2.1 Urat daya magnet teraruh antara dua pengalir
Kedua-dua pengalir pada rajah 2.1(a) dan 2.1(b), akan membentuk gelung
segiempat tepat bagi setiap pusingan melalui fluks yang wujud hasil pengaliran aruspada kedua-dua pengalir. Ketika fluks yang terhasil ini merangkai kepada gelung
tersebut ia akan menghasilkan kearuhan.
Meskipun jarak pimisah di antara pengalir ini besar biasnya daripada 1 meter hingga
10 meter, oleh kerana wujudnya jumlah fluks yang padat ini akan membentukgegelung yang lebih besar dan mempengaruhi kewujudan kearuhan.
Kewujudan kearuhan dalam pengalir bagi setiap pusingan per meter ( bila D )dapat dibuktikan melalui persamaan seperti berikut;
=L
loge
4
iD+
henry / meter (Pers: 2.4)
di mana,
= Kebolehtelapan mutlak bahantara.i = Kebolehtelapan mutlak bahan pengalir.
2.3 Rajah Litar Talian Pendek
Talian penghantaran pendek boleh dikenali secara ringkas dengan melukiskanlitar garis tunggalnya. Beberapa komponen yang terdapat dalam talian ini boleh digunakan
untuk membuat pengiraan bagi menentukan kecekapan dan kejatuhan voltan yang berlaku
4
Vsn Vm Beban
R XI
I
Rajah 2.2 Litar garis tunggal talian pendek
Talian
Neutral
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
5/35
PENGHANTARAN
dalam sistem penghantaran talian pendek. Rajah 2.2 menunjukkan sebuah litar garis
tunggal talian pendek.
Merujuk kepada rajah 2.2, beberapa parameter boleh dikenalpasti iaitu,
Vsn - Voltan pada penghujung penghantaranVm - Voltan hujung penerima
I - Arus beban pada R mengekor
R - Rintangan gelung ()
X - Kearuhan gelung ()
2.4 Rajah Vektor Talian Pendek
Rajah vektor bagi talian pendek mempunyai hubungkait dengan parameter-parameter yang terdapat pada rajah garis tunggal talian pendek. Dalam kes ini rajah vektor
mengekor boleh dilukiskan seperti pada Rajah 2.3.
Merujuk kepada Rajah 2.3, parameter-parameter dikenalpasti sebagai;
OA Voltan hujung penerima, Vm
OI Arus beban, I
5
A
O
C
I
A
B
G
H
D F
Vsn
Vm
sn
m
Vm kos m
IX
sin m
Im kos m
Vm kos m
IR
IX
Rajah 2.3 Diagram vektor talian penghantaran pendek
--
-
-
-
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
6/35
PENGHANTARAN
AB Kejatuhan kesan kerintangan dalam talian, IRBC Kejatuhan kesan kearuhan dalam talian, IXOC Voltan pada hujung penghantar, Vsn
Merujuk kepada parameter-parameter ini kita boleh mencari nilai voltan hujung penerima
dan seterusnya menentukan faktor kuasanya. Cuba perhatikan penyelesaian berikut:-
OC 22 )()( BCFBDFOD +++=
22 )sin()( IXVIRkosV RRRR +++=
dan
S
RR
SV
IRkosV
OC
OFkos
+==
Sebenarnya daripada rajah vektor ini bukan sahaja kita dapat menentukan nilai VSdan faktor kuasa,
tapi kita juga dapat menentukan peratus pengaturan bagi sebuah talian pendek dengan
merujuk kepada parameter-parameter yang diberikan. Peratus pengaturan voltan merujukkepada Rajah 2.3 boleh ditulis sebagai.
Peratus Pengaturan = 100sin
xV
IXkosIR
S
RR + (Pers: 2.5)
2.5 Perubahan Pengaturan Voltan dengan Faktor Kuasa Beban
Pengaturan berubah dengan faktor kuasa beban walaupun voltan padapenghunjung penerima dan arus talian tetap nilainya. Dalam keadaan begini susutan voltanadalah sama dalam magnitud dan fasa tetapi perhubungan fasa antaranya dengan voltan
penghujung penerima dan pada hujung penghantaran berubah.
Membincangkan kejatuhan voltan pada hujung penerima dengan peningkatanbeban bagi kes peningkatan beban induktif (faktor kuasa mengekor) dan meningkat dengan
peningkatan beban bagi beban kemuatan (faktor kuasa mendulu). Voltan hujung penerimaan
bukan sahaja bergantung kepada beban tapi juga pada faktor kuasa. Perubahan pengaturanvoltan pada hujung penghantaran bagi faktor kuasa yang berbeza boleh digambarkan
melalui rajah lokus seperti Rajah 2.4.
Merujuk kepada Rajah 2.4, vektor AO menunjukkan voltan fasa hujung penerima
(VR) pada keadaan berbeban dan garisan OX bersedut R, merupakan faktor kuasa beban
dengan kos R. selain itu garis OX juga menunjukkan arus (I) fasa beban. Garis AB yang
dilukiskan selari dengan garis OX mempunyai kejatuhan rintangan IR dan garis tegak BCyang dilukis menegak kepada garis OX mempunyai kejatuhan kearuhan IX. Merujuk kepada
rajah, ABC merupakan segitiga galangan dan CA adalah jumlah kejatuhan galangan talian
IZ. Manakala OC menunjukkan voltan fasa hujung penghantaran (VS) dan perbezaan antara
6
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
7/35
PENGHANTARAN
VS dan VR atau ( OC OA ) adalah kejatuhan voltan dalam talian dan juga dikenali
sebagai pengaturan hujung penghantaran.
Perubahan pengaturan ini dapat dilihat dengan jelas sekiranya kita melihat regulasi
maksima pada titik B dan regulasi kosong pada titik S dengan merujuk kepada
rajah lokus (Rajah 2.4) melalui persamaan berikut :-.
Pengaturan = IR kos R + IX sin RPengaturan akan menjadi maksima apabila d ( pengaturan ) / d = 0IR (-sin ) + IX ( kos ) = 0
atau
Tan = X / R
7
O
VR
VS
IX
IR
C
B
A
M
N
HF
E G
K
Q
SP
VR
VS
O IR
D
IX
R
I
Voltan Hujung Penghantaran, VS
Voltan Hujung Penerima, VR
Rajah 2.4 Lokus Vmdan Vsn
X
FaktorKuasa
Mendulu
Faktor
Kuasa
Mengek
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
8/35
PENGHANTARAN
4.6 Pengaturan Per Unit
Apabila beban pada hujung penerimaan mendapat bekalan kuasa maka akan
berlaku kejatuhan voltan akibat kesan kerintangan dan kearuhan pada pengalir. Oleh sebabitu nilai voltan pada hujung penerimaan Vm biasanya kurang berbanding voltan pada hujung
penghantaran Vsn. Kejatuhan voltan yang berbeza pada hujung penerimaan dan juga hujung
penghantaran dinyatakan sebagai peratus voltan hujung penghantaran dan dikenali sebagaipengaturan.
Pengaturan per unit boleh ditakrifkan sebagai perubahan voltan pada bahagianhujung penerima bila beban penuh di dihentikan,
ini akan menjadikan voltan pada hujung penghantaran sama dengan hujung penerimaan.
Keadaan ini dapat dijelmakan dalam bentuk persamaan seperti berikut;
Peratus Pengaturan = 100xVm
VmVsn (Pers: 2.6)
Dimana Vsn adalah voltan hujung penghantaran dan Vm voltan dihujung
penerimaan. Sepertimana diketahui pengaturan menolong mengekalkan nilai voltan pada
tamatan beban dengan menetapkan had ( 5% voltan ralat) dengan menggukan peralatankawalan yang sesuai.
2.7 Kecekapan Penghantaran
Bila beban diberikan bekalan melalui talian penghantaran akan berlakukehilangan dalam pengalir akibat kesan rintangan dan kuasa yang dihantar pada hujung
beban talian penghantaran kurang daripada kuasa yang dibekalkan pada hujung
penghantaran. Kecekapan talian penghantaran didapati sebagai nisbah kuasa yang diterimakepada kuasa yang dihantar atau boleh boleh ditulis sebagai;
Kecekapan Penghantaran = 100xdihantarKuasa
diterimaKuasa
= 100xkuasaKehilangankeluaranKuasa
keluaranKuasa
+
8
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
9/35
PENGHANTARAN
T = 100Im
xsnkosVsnIsn
mkosVm
(Pers: 2.7)
Di mana Vm, Im dan kos m adalah voltan, arus dan faktor kuasa hujung penerimamanakala Vsn, Isn dan kos sn adalah voltan, arus dan faktor kuasa hujung penghantaran.
2.8 Pengiraan Per Unit Pengaturan dan Kecekapan
Pengaturan voltan dan juga kecekapan talian penghantaran dapat dilihat dengan
lebih jelas melalui contoh-contoh pengiraan mudah seperti yang dimuatkan dalam bahagian
ini.
Sebuah talian penghantaran satu fasa berkeupayaan kuasa 1,100 kW ke kilang dengan voltan 11 kV
pada faktor kuasa 0.8 mengekor. Talian ini mempunyai jumlah rintangan 2 dan gegelung kearuhan
3. Dapatkan;
i). Nilai voltan pada hujung penghantaran.
ii). Peratus pengaturan.iii). Kecekapan talian penghantaran.
Diberikan;
Rintangan talian, R = 2
Kearuhan talian, X = 3
Kuasa yang dihantar, P = 1,100 kw
Faktor kuasa beban m = 0.8 (mengekor)
Voltan hujung penerima, Vm = 11,000 V
Arus beban, I = mkosVm
xP
000,1
I =8.0000,11
000,1100,1
x
x
I = 125 A
i). Nilai voltan pada hujung penghantaran pula.
9
Contoh 2.1:Contoh 2.1:
Penyelesaian :
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
10/35
PENGHANTARAN
Diketahui, kos m = 0.8
oleh itu sin m = 0.6
Vsn = 22 )sin()( IXmVmIRmkosVm +++
Vsn = 22 )31256.0000,11()21258.0000,11( xxxx +++
Vsn = 11,426 V
ii). Peratus pengaturan voltan.
Vsn = 11,426 VVm = 11,000 V
Peratus Pengaturan = 100xVm
VmVsn
= 100000,11
000,11426,11x
= 3.873 %
iii). Kecekapan talian penghantaran.
Kehilangan dalam talian = I2 R = (125)2 x 2
= 31,250 atau 31.25 kw
Kecekapan Penghantaran = 100x
dihantarKuasa
diterimaKuasa
T =100
31250100,1
100,1x
+
T = 97.24%
Sebuah talian penghantaran tiga-fasa 11 kV mempunyai rintangan 1.5 dan kearuhan 4bagi setiap fasa. Kirakan peratus pengaturan dan kecekapan talian jika jumlah beban hujungpenerimaan 5,000 kVA pada faktor kuasa 0.8 mengekor dan voltan dibekalkan sehingga
jarak terakhir ialah 11 kV.
Rintangan bagi setiap pengalir, R = 1.5
10
Contoh 2.2:Contoh 2.2:
Penyelesaian :
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
11/35
PENGHANTARAN
Kearuhan bagi setiap pengalir, X = 4.0
Voltan fasa pada hujung penerimaan, Vm =3
000,11= 6,351 V
Beban penghantaran = 5,000 kVA
Faktor kuasa beban, kos m = 0.8 (mengekor)
Arus talian, I = Vmx
xkVAdalamdibekalkanKuasa
3
100
262.4 amp
Voltan hujung penghantaran setiap fasa,
Vsn = Vm + IR kosm + IX sin m
= 6,351+(262.43x1.5x0.8)+(262.43x4x0.6)
= 7,295.8 V
Voltan hujung talian penghantaran VSL = 3 x 7,295.8 = 12,637V
oleh itu,
Peratus pengaturan voltan, = 100xVm
VmVsn
= 100000,11
000,11637,12x
= 14.88 %
dan
Kecekapan talian penghantaran = 100xkuasaKehilangankeluaranKuasa
keluaranKuasa
+
T = 100
3108.05000
8.05000x
x
x
+
T = 92.8%
11
= 351,63
000,1000,5
x
x
=
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
12/35
PENGHANTARAN
2.9 Pengenalan
Setelah kita mempelajari kendalian sistem talian pendek bagi sesuatu sistem talian
penghantaran, seperti mana yang telah dibincangkan pada INPUT A. Dalam bahagian ini
pula kita akan membincangkan dua lagi jenis talian yang terdapat pada sistem talianpenghantaran. Talian penghantaran tersebut adalah talian sederhana dan talian panjang. Jika
dibandingkan kedua-dua talian ini dengan talian pendek, kesan kehilangan disebabkankerintangan dan kearuhan dalam pengalir adalah lebih banyak dan besar. Dengan wujudnyakehilangan kuasa yang besar dalam talian sederhana dan panjang maka ia juga turut
mempengaruhi kecekapan talian penghantaran. Oleh itu pengaturan voltan yang perlu
dilakukan juga adalah besar bagi mengatasi kehilangan pada hujung penerimaan talianpenghantaran ini.
2.9.1 Talian Sederhana dan Talian Panjang
Talian penghantaran yang mempunyai panjang talian di antara 60 hingga
150 km dan voltan talian di antara 20 kV hingga 100 kV dikelaskan sebagai taliansederhana. Jika bagi talian pendek kesan kemuatan diabaikan, pada talian sederhana
kesan kemuatan diambil kira.
Talian penghantaran yang mempunyai panjang melebihi 150 km dan voltan
menjangkau lebih 100 kV ia dikelaskan sebagai talian panjang. Seperti mana yang
diketahui setiap talian dipengaruhi oleh rintangan, kemuatan, kearuhan dan kealiran.Oleh yang demikian dari segi pengiraan kehilangan yang terdapat pada talian panjang
adalah sangat besar berbanding talian pendek dan sederhana.
12
PENGHANTARAN TALIAN SEDERHANA DANPAN ANG
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
13/35
PENGHANTARAN
2.9.2 Litar Talian Sederhana dan Talian Panjang
Litar Talian Sederhana
Merujuk kepada Rajah 2.5, beberapa parameter boleh dikenalpasti iaitu,
Vsn Voltan pada penghujung penghantaranVm Voltan hujung penerima
Isn Arus hujung penghantaran
Im Arus hujung penerimaan
Ic Arus kemuatan
R Rintangan gelung ()
X Kearuhan gelung ()
C Kemuatan (farad)
Sebenarnya terdapat tiga cara yang boleh kita gunakan bagi menentukan
rajah garis tunggal talian sederhana seperti kaedah pemeluap hujung, kaedah T dan
kaedah . Rajah 2.5 merupakan kaedah pemeluap hujung. Kaedah ini menggumpal
kemuatan pada bahagian hujung beban. Sekiranya pada talian pendek kemuatan
diabaikan, pada talian sederhana pula kemuatan diambil kira ini kerana terdapatnyapenambahan kepada nilai voltan dan panjang talian.
Oleh yang demikian pengiraan pengaturan pada talian sederhana akan turut
menimbangkan kemuatan dan kebocoran reaktan pada talian dan ianya dapatdihuraikan bergantung kepada nilai voltan yang dihantarkan.
Merujuk kepada litar dalam Rajah 2.5, kita dapat perhatikan arus talian (Isn)
merupakan jumlah arus beban (Im) dan juga arus mengecas (Ic) bagi kemuatan. Dan
boleh ditulis sebagai;
Isn = Im + Ic (Pers: 2.8)
13
Vsn Vm Beban
R XISn
Rajah 2.5 Litar garis tunggal talian sederhana
C
Talian
Neutral
Im
IC
-
--
-
-
--
-
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
14/35
PENGHANTARAN
Jika kita menulis persamaan bagi arus mengecas bagi kemuatan, Ic = jwCVm dan
arus beban Im = Im (kos m - jsin m)
Kita akan dapati Isn = Im kos m - jIm sin m + j, oleh itu dengan persamaan ini
didapati;
Kejatuhan voltan dalam talian = Isn ( R + jX ) dari persaman ini kita akan ketahui
nilai voltan yang terdapat pada hujung hantaran seperti berikut;
Vsn = Vm + Isn (R + jX). (Pers: 2.9)
Melalui persamaan ini kita dapat melihat bagaimana aliran kuasa berlaku dalam
sistem penghantaran talian sederhana dan seterusnya kita dapat menentukan nilaipengaturan voltannya.
Litar Talian Panjang
Satu talian penghantaran yang menghantar kuasa elektrik melepasakan haba
disebabkan oleh rintangan pengalir. Jadi talian yang panjang bertindak sebagai saturintangan. Talian penghantaran juga bertndak sebagai satu kearuhan kerana setiap
pengalir dikelilingi oleh satu medan magnet di sepanjang talian penghantaran. Talian
penghantaran yang panjang juga bertindak sebagai satu kapasitor kerana pengalirnya
bertindak sebagai pelit kapasitor. Rintangan, kearuhan dan kemuatan sebagai satutalian penghantaran adalah diagihkan seragam di sepanjang talian, dengan medan
magnet di sekeliling pengalir bersama-sama dengan medan elektrik yang diwujudkan
oleh bezaupaya di antara medan tersebut.
Kita boleh mengambarkan bahawa satu talian penghantaran mengandungi beribu-ribu
perintang, induktor dan kapasitor asas seperti yang ditunjukkan pada rajah 2.6.
14
Rajah 2.6 Litar garis tunggal talian panjang
Vsn
ISn
BebanVsn
Im
B/n G/n
R/n X/n
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
15/35
PENGHANTARAN
Merujuk kepada Rajah 2.6, beberapa parameter boleh dikenalpasti di antarnya;
Vsn Voltan pada penghujung penghantaran
Vm Voltan hujung penerima
Isn Arus hujung penghantaranIm Arus hujung penerimaan
Selain itu beberapa kenyataan dapat dilakukan merujuk kepada litar yang sama,
i). Talian terdiri dari beberapa parameter malar ialaitu rintangan, kearuhan, kemuatan
dan kealiran yang wujud disepanjang pengagihan talian penghantaran yang
panjang.ii). Rintangan (R) dan regangan beraruhan (X) merupakan element siri dalam talian
pengehantaran.
iii).Rentetan kemuatan (B) dan kealiran bocor (G) merupankan element pirau,
kealiran bocor juga menyebabkan kehilangan kuasa dalam talian. Ia berpuncadaripada kebocoran penebatan atau kesan korona pada pengalir.
iv) Arus bocor yang mengalir melalui lepasan pirau adalah maksima pada hujungpenghantaran talian penghantaran dan berkurangan secara berterusan ketika
menuju ke hujung penerima dan akhirnya menjadi sifar setelah tiba ke hujung
talian penerima.
2.10 Kesan-Kesan Voltan ke atas Kecekapan Penghantaran.
Kecekapan talian penghantaranbukan sahaja dipengaruhi oleh beberapa pemalar
yang terdapat dalam talian penghantaran iaitu rintangan, kearuhan dan kemuatan
sepertimana yang kita telah bincangkan sebelum ini. Namun kecepakan talian jugadipengaruhi oleh nilai voltan yang dibawa oleh sesuatu talian dan kesan korona pada talian
tersebut. Pada bahagian ini kita akan membincangkan kesan-kesan tersebut secara ringkas.
2.10.1 Penghantaran Voltan Tinggi ( 132 kV / 275 kV)
Biasanya tenaga elektrik yang dikeluarkan oleh sesebuah stesen jana kuasaadalah kira-kira 33 kV, 22 kV dan 11 kV. Daripada jana kuasa tersebut tenaga
hantaran kebeberapa buah pengubah peninggi melalui talian rentang atas dengan
berbagai-bagai cara sambungan seperti sistem gelang, sistem jejari, sistemrangkaian dan sebagainya. Voltan yang terjana itu dinaikan kenilai yang
dikehendaki seperti 132 kV, 275 kV atau 500 kV. Tujuan menaikkan voltan ini
ialah untuk mengurangkan perbelanjaan pada penggunaan saiz kabel yang besarkerana saiz kabel yang digunakan berdasarkan kepada besarnya arus yang mengalir.
Di samping itu juga kecekapan talian penghantaran dapat ditingkatkan.
15
--
-
-
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
16/35
PENGHANTARAN
Keadaan ini dapat dijelaskan dengan mengandakan kuasa (W) yang
dihantar melalui sistem pengahantaran tiga fasa yang mempunyai voltan talian (E)
dan faktor kuasa kos , menghasilkan persamaan-persamaan seperti berikut
Arus Talian kosE
WI
3
=
(Pers: 2.10)
katakan :
= Panjang talian pengalir = Ketumpatan arus
= Rintangan tentu bahan pengalir A = Keratan rentas pengalir
Kehilangan dalam talian boleh ditulis sebagai:
kosE
WRI
33
2 == (Pers: 2.11)
Kecekapan talian talian penghantaran:
Masukan
Keluaran= ( )
kosE
31= (Pers: 2.12)
Kejatuhan voltan bagi setiap talian:
= IR = (Pers: 2.13)
Isipadu tembaga:
= 3 A
kosE
W3= (Pers: 2.14)
Merujuk kepada persamaan ini beberapa andaian boleh dilakukan di antaranya:-
i). Persamaan (2.11), memberikan gambaran bahawa kehilangan kuasa adalah
berkadar songsang dengan E, juga berkadar songsang dengan faktor kuasa
kos .ii). Persamaan (2.12), menunjukkan bahawa cekepan talian penghantaran
bertambah dengan menambahkan jumlah voltan pada talian dan faktor kuasa.
iii). Persamaan (2.13), rintangan menyusut pada setiap talian adalah tetap ( ketika
dan diandaikan tetap. Pengaturan voltan dapat diperbaiki kerana peratusan
kejatuhan voltan dapat dikurangkan dengan meningkatkan nilai E.iv). Isipadu tembaga yang diperlukan bagi talian penghantaran adalah berkadar
songsang dengan voltan dan 16ystem kuasa dengan ini keperluan tembagasemakin berkurangan.
Dapat disimpulkan daripada kesemua persamaan ini, apabila nila voltandan 16ystem kuasa ditingkatkan maka hasilnya akan memberikan kecekapan pada
talian penghantaran di samping penjimatan bahan pengalir juga dapat dilakukan dan
16
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
17/35
PENGHANTARAN
seterusnya mengurangakan kos penghantaran dengan saiz kabel yang kecil sudah
pada talian yang panjang.
Oleh yang demikian keupayaan talain meningkat dengan meningkatnya
voltan talian penghantaran. Tidak dapat dinafikan bahawa kos bagi talian
penghantaran dan peralatan terminal juga meningkat dengan meningkatnya voltantalian penghantaran tetapi secara keseluruhannya kos adalah berkadaran dengan
voltan penghantaran. Lagipun ia akan menjimatkan kos sesuai dengan pengurangan
kehilangan kuasa yang berlaku dalam talian penghantaran. Kesanya jumlah kospenghantaran berkurangan dengan meningkatnya voltan talian penghantaran.
2.10.2 Korona
Korona ialah nyahcas elektrik yang terbit disekeliling pengalir talian atas,
disebabkan oleh pengaliran udara di mana boleh mengganggu gelombang radio dan
menyebabkan kehilangan kuasa. Pada voltan rendah tidak terdapat perubahan yangberlaku yang boleh dipengaruhi oleh keadaan udara disekitar pengalir.
Walaubagaimanapun bila bezaupaya berbeza dan beransur-ansur meningkat, padasatu tahap, bara lar (luminous glow) warna ungu yang lemah akan terbit bersama
bunyi desiran. Penomena ini dikenali sebagai korona maya dan disertai oleh
penghasilan gas yang mana telah dikenalpasti melalui 17yste-ciri baunya. Semuakeadaan seperti bunyi desiran, sinaran ungu dan penghasilan gas berbau dikenali
sebagai korona.
Jika pengalir adalah seragam dan licin dan keadaan yang serupa ditetapkandisepanjang pengalir, dalam keadaan lain bahagian-bahagian yang tidak rata akan
menerbitkan kecerahan. Jika jarak di antara pengalir tidak terlalu besar berbanding
dengan garispusatnya, arka mungkin boleh mengbil tempat sebelum bara larkelihatan. Ini berlaku sesuai dengan kenyataan di mana jarak di antara pengalir
yang kecil tidak mempunyai masa yang cukup membolehkan bara lar berlaku.
Bagi kes 17ystem A.T pengalir positif mempunyai bara yang seragam dan
terbit dengan kecerahan pada bahagain negatifnya. Bagi 17ystem A.U, arus yang
sesuai bagi korona adalah bukan berbentuk sinus. Korona diringi oleh kehilangan
kuasa, kehilangan ini disebabkan oleh cahaya, kepanasan, bunyi dan tindakbalaskimia. Korona yang wujud pada talian penghantaran memberi sedikit kesan-kesan
sampingan di antaranya;
i). Mengakibatkan kehilangan kuasa iaitu ketika keadaan cuaca tidak menentu.
ii). Terdapat kejatuhan voltan yang bukan bentuk sinus bersesuaian dengan arus
bukan bentuk sinus korona, keadaan ini menyebabkan sedikit gangguandaripada litar perhubungan kesan daripada elektromagnetik dan aruhan
elektrostatik.
iii). Perubahan bentuk gelombang harmonik yang banyak terutama pada hormonik
ketiga, yang wujud pada talian penghantaran.iii) Pembentukkan korona menghasilkan gas ozon beserta tindakbalas kimia
pada pengalir dan menyebabkan kakisan.
17
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
18/35
PENGHANTARAN
Kesan korona dalam talian pernghantaran seperti yang dinyatakan di atas
memang tidak dapat dinafikan terutama menglibatkan talian penghantaran yangpanjang. Meskipun demikian ianya dapat diatasi dan dikurang melalui langkah-
langkah berikut;
i). Menambah garispusat pengalir (misalnya dengan ACSR).
ii). Menggunakan lebih dari satu pengalir bagi setiap fasa, iaitu gunakan pengalir
jambak (bundle conductor)iii). Menambahkan lagi jarak di antara pengalir dengan ini tegasan oleh magnetik
statik dapat dikurangkan dan dengan yang demikian kesan korona juga dapat
dikurangkan.
Prinsip dan Rekabentuk dan Binaan Talian Atas
Sistem pengagihan talian atas biasanya melibat beberapa komponen utama iaitu
dawai talian. penebatan, tiang menara dan sebagainya. Walaubagaimanapun dalam input ini
kita akan membincangkan penebat yang digunakan dalam sistem pengagihan talian atas.Penebat yang digunakan ini boleh dikenalpasti berdasarkan kepada rekabentuk dan
binaannya.
2.11.1 Penebat-Penebat Talian Atas
Pengalir bagi sistem pengagihan talian atas adalah terjaminkeselamatannya dengan bantuan peralatan elektrik yang dinamakan penebat, dengan
adanya penebat ini maka tidak akan terdapat kebocoran arus kebumi dari pengalir
melalui perlatan ini. Oleh yang demikian penebat memainkan peranan yang penting
menjayakan kendalian pengagihan sistem talian atas. Rajah 2.7 menunjukkan salahsatu bentuk peralatan penebat.
18
Rajah 2.7 Gambarajah menunjukkan beberapabentuk penebat talian atas
PENEBAT TALAIAN ATAS
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
19/35
PENGHANTARAN
Beberapa cirri-ciri yang penting dan perlu diambil kira sebelum penebat
diguunakan dalam pemasangan mana-mana sistem pengagihan talian atasantaranya;
i.). Kekuatan fizikal : kemampuan menahan beban bersesuaian dengan berat sesuatu
pengalirii). Mempunyai rintangan penebatan yang tinggi bagi mencegah kebocoran arus
kebumi.
iii).Nisbah ketahanan yang tinggi daripada pecah akibat lonjakkan voltan.iv).Bahan yang digunakan bagi menghasilkan penebat adalah jenis yang tidak boleh
diresapi cecair atau berongga dan dipengaruhi oleh perubahan suhu.
v). Pembinaannya tidak mengandungi bendasing dan retak serta tidak telusdaripada bahan cecair dan gas daripada ruang angkasa.
Penebat talian atas yang biasa digunakan termasuklah penebat pin, penebat
gantungan, penebat tengangan, penebat belenggu dan penebat umbang. Dalamperbincangan ini kita akan menyentuh hanaya penebat pin, penebat gantungan dan
penebat tegangan.
2.10.2.1 Penebat Pin
Penebat pin direkabentuk dengan mempunyai pin keluli yang
boleh dipasang pada palang tiang menara. Penebat ini mempunyai skru
pada bahagian pin keluli manakala pengalir diletakkan pada bahagian ataspenebat ini dan diikat bersama menggunakan dawai almunium yang
lembut dengan beberapa belitan. Bahagian tembikar diasingkan dari
bahagian keluli dengan sejenis logam lembut (timble). Rekabentuk
penebat pin ini dapat dilihat pada rajah 2.8(a) Bagi voltan rendah sebuahpenebat pin digunakan sudah memadai.
Bagi talian penghantaran voltan tinggi pula penebat pin yanglebih kukuh dan besar diguna. Jenis penebat pin voltan tinggi adalah
berbeza dengan pembinaan penebat pin voltan rendah. Pembinaan penebat
pin voltan tinggi mengandungi dua atau lebih lapisan siramik yang simenserentak. Penggunaan satu unit penebat pin sudah memadai bagi sistem
penghantaran 33 kV jika melebihi dari pada kadaran voltan ini dua atau
lebih susunan penebat pin digunakan. Walaubagaimanapun penggunaan
penebat pin dalam sistem penghantaran talian atas adalah tidak ekonomi
191
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
20/35
PENGHANTARAN
bagi voltan melebihi 80 kV. Rajah 2.8(b) menunjukkan rajah skematik
sebuah penebat pin bagi talian atas.
202
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
21/35
PENGHANTARAN
Rajah 2.8 Penebat pin
21
Pin Keluli
PalangMenara
keluli
Pengalir
Tembikar Berkilat
(glazed porcelain)
Dawai Pengikat
Plumbum
Bumbung
(shield)
(b) Skematik(
(a) Rekabentuk
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
22/35
PENGHANTARAN
2.11.1.2 Penebat Gantungan (Suspension Insulator)
Pemasangan penebat gantungan pada talian atas bergantungkepada keupayaan voltan yang di bawah oleh pengalir pada satu-satu
talian. Pertambahan keupayaan voltan pada satu talian akan turut
menambah bilangan pemasangan penebat gantungan pada talian tersebut.Oleh kerana kebanyakan talian penghantaran dan pengagihan berkendali
melebihi 33 kV maka sistam menjadi lebih besar dan jarak antara talian
bertambah jauh.
Keadaan ini menyebabkan penebat pin tidak mempunyai
keupayaan untuk menanggung sistem talian ini. Oleh yang demikian untuk
mengatasi masalah ini penebat gantungan direkabentuk, bentuk sebenarpenebat pin boleh diperhatikan pada Rajah 2.9(a)
Penebat gantung di gantungkan pada palang tiang menara berbeza
dengan penebat pin yang diletakan pada bahagian atas palang. Bagi jenispenebat ini, pengalir akan disambungkan pada bahgian bawah penebat
gantungan. Oleh itu kita boleh menambahkan jarak di antara palangmenara dengan pengalir melalui penambahan penebat gantungan yang
disusun secara rangkaian. Penambahan bilangan penebat gantungan pada
satu talian adalah merujuk kepada keupayaan voltan talian, keadaan cuaca,jenis pemasangan talian penghantaran dan saiz penebat gantungan yang
digunakan.
Oleh kerana penebat ini dipasang secara rangkaian makapenggantian mana-mana penebat boleh dilakukan tampa menukar
keseluruhan rangkaian penebat. Rajah 2.9(b) menunjukkan bentuk
skematik sebuah penebat gantungkan.
22
Rajah 2.9(a) Bentuk sebenar penebat gantungan
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
23/35
PENGHANTARAN
2.11.1.3 Penebat Tegangan (Strain Insulator)
Pada satu keadaan talian atas mempunyai tegangan yang tinggi,misalnya pada hujung atau selekoh tajam pada sesuatu talian
penghantaran. Bagi ketegangan talian voltan rendah ia menggunakan
penebat belenggu (shackle). Manakala bagi ketegangan talian voltan tinggipenebat tegangan digunakan. Biasanya dalam pemasangan penebat pada
talian penghantaran dua atau lebih penebat digunakan. Cakera penebat
tegangan diselakukan dengan melintangkannya berbeza dengan penebatgantungan yang diselakukan secara menegak.. Binaan penebat tegangan
adalah serupa dengan penebat gantungan namun demikian saiz ketinggian
penebat gantungan adalah melebihi penebat tegangan (Rujuk kepada Rajah
2.10)
23
Tudung KeluliSimen
ca atau Tembikar
Soket
Pin KeluliBebola
Rajah 2.9(b) Skematik penebat gantungan
jah 2.10 : Skematik penebat tegangan
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
24/35
PENGHANTARAN
2.10.3 Kebaikan dan Keburukan Penebat Talian Atas
Setelah kita menyentuh beberapa jenis penebat talian atas seperti penebat
pin, penebat gantungan dan penebat tegangan. Cuba kita perhatikan pula kebaikan
dan keburukan setiap penebat yang digunakan ini
Kebaikan penebat gantungan berbanding penebat pin dapat jelaskan seperti berikut;
i). Penebat gantungan adalah lebih murah dari segi kosnya bagi keupayaan talian
yang melebihi 50 kV.
ii). Setiap unit penebat jenis gantungan direkabentuk merujuk keupayaan voltan
rendah dalam lingkungan 11kV. Apabila digunakan pada keupayaan voltantinggi maka memadai dengan menyambungkan penebat gantungan secara siri,
bilangan cakera yang digunakan bergantung kepada nilai voltan pada talian.
iii). Jika berlaku kerosakan yang tidak dijangka pada mana-mata penebat
gantungan, memadai dengan mengantikan cakera yang rosak sahaja dan tidakperlu mengantikan keseluruhan rangkaian penebat gantungan tersebut.
iv). Penebat gantungan adalah lebih fleksibel dipasang pada pada talian.Penyambungan penebat tegangan pada palang menara memudahkannya
dipusingkan kepada sebarang arah.
v). Penebat pin sesuai dipasang pada tiang yang rendah berbanding penebatgantungan.
Keburukan penebat gantungan berbanding penebat pin dapat jelaskan seperti
berikut;
i). Penebat gantungan tidak sesuai dipasang pada tiang menara yanh rendah.
ii). Penebat bantungan memerlukan tiang yang tinggi dan kukuh dan inimeningkatkan kos penghantaran.
iii). Kerosakan pada penebat pin sukar untuk dikesan berbanding penebat
gantungan.iv). Keupayaan penebat pin terhad hanya pada voltan dibawah 80 kV sahaja.
v). Penebat gantungan memerlukan ruangan yang luas di antara pengalir berbandin
penebat pin.
2.10.4 Ujian-Ujian yang Dijalankan ke atas Penebat Talian Atas
Penebat talian atas merupahkan peralatan penting bagi menjayakan proses
penghantaran dan pengagihan tenaga elektrik disesuatu kawasan. Oleh yang
demikian pemilihan penebat yang bersesuaian dan selamat perlu diambil kira, agarkeroasakan pada talian tidak berlaku. Bagi mempastikan penebat-penebat yang
digunakan pada talian atas berada dalam keadaan selamat beberapa ujian perlu
dilakukan sebelum ianya digunakan atau dipasarkan. Di antara ujian-ujian yang
biasa dilakukan terhadap penebat seblum ianya boleh dipasarkan dan digunakanialah;
24
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
25/35
PENGHANTARAN
(a). Ujian rekaan (Ujian terbit arka atau lampau kilat)
(b). Ujian prestasi
(c). Ujian kebiasaan
(a). Ujian Rekaan
Ujian kebiasaan dilakukan bagi memastikan prestasi elektrik dan mekanikal
penebat terhadap beberapa keadaan ujian seperti ujian terbit arka kering, ujianterbit arka basah dan ujian terbit arka kecemaran. Ujian penebat bagi kaedah-
kaedah yang disenaraikan ini biasanya dilakukan terhadap tiga penebat yang
dipilih secara rawak. Penebat ini akan diuji samada menepati piawaian ataupun
sebaliknya.
i. Ujian Terbit Arka Kering
Voltan terbit arka adalah voltan yang menyebabakan permukaan penebat pecahtebat, membenarkan arus mengalir melalui muka penebat dari pengalir ke
palang penyokong. Suatu penebat ditetapkan dengan satu voltan minimum yangselamat dikenakan padanya. Voltan minimum ini bergantung kepada jenis dan
saiz penebat.
Dalam ujian terbit arka kering ini, satu penebat bersih dan kering dipasang pada
satu penyokong. Satu voltan dengan frekuensi kuasa sistem dikenakan pada
penebat tersebut. Voltan ini dinaikan dengan cara berperingkat sehingga voltan
minimum bagi penebat di bawah ujian. Voltan minimum ini hendaklahdikenakan pada penebat dalam tempoh tidak kurang daripada 30 saat (katakana
satu minit). Jika terbit arka tidak berlaku pada tempoh tersebut, penebat adalah
baik. Voltan dinaikkan sekali lagi dengan cara beransur-ansur sehingga lampaukilat (flashover) berlaku dalam tempoh 10 saat. Voltan lampau kilat dicatatkan.
Proses ini diulang sebanyak empat kali. Voltan purata bagi lampau kilat tidak
boleh kurang daripada voltan minimum bagi lampau kilat kering yangditetapkan.
ii. Ujian Terbit Arka Basah
Ujian ini sama dengan ujian (a) kecuali di bawah hujan tiruan yang mempunyai
rintangan dan suhu yang ditetapkan. Sudut dan kadar lajuan air hujan tiruan
menurun juga di tetapkan. Pada kali ini, penebat hendaklah menahan voltanminimum yang lebih rendah daripada ujian (a) selama 30 saat sekurang-
kurangnya tanpa terbit arka.
iii. Ujian Terbit Arka Kecemaran
Ujian ini sama dengan ujian (b) kecuali melibatkan kecemaran dengan kabu,
garam, asap, debu atau kimia. Bianya voltan lampau kilat adalah nilai dariujian (b).
25
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
26/35
PENGHANTARAN
(b). Ujian Prestasi
Ujian prestasi merupakan satu lagi ujian yang digunakan bagi
menentukan penebat talian atas berada dalam keadaan selamat (menepati
piawaian yang dikehendaki). Di antara ujian-ujian yang terlibat dalan ujianprestasi ialah;
i. Ujian Pecah Tebat
Ujian pecah tebat dijalankan terhadap 3% peratus daripada jumlah penebat
yang dihasilkan. Untuk menguji dielektrik penebat. Penebat mungkin boleh
menahan kejadian lampau kilat menghadapi kerosakan, tetapi ia mestidigantikan sekiranya ia telah pecah tebat.
Untuk merekabentuk penebat, lampau kilat hendaklah berlaku pada voltan
kurang dari pada voltan pecah tebat. Pada masa ujian, penebat itu hendaklah
direndam dalam penebat minyak yang bersih bagi mencegah lampau kilat. Nilaivoltan ujian dinaikan dengan perlahan-lahan dan penebat mesti berkemampuan
menahan 1.3 kali voltan lampau kilat keringnya tanpa pecah tebat.
ii. Ujian Denyut.
Voltan lampau kilat denyut didapati dengan menggunakan denyut yang
mempunyai semboyan seperti Rajah 2.11.
KuasaFrekuensiKilatLampauVol
DenyutLampauVolDenyutNisbah
tan
tan=
26
Magnitud
GelombangDepan
Gelombang
Ekor
Masa
Rajah 2.11 Bentuk gelombang ujian denyut
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
27/35
PENGHANTARAN
iii. Ujian Mekanikal
Satu rangkaian penebat gantung diuji dengan satu tegangan 1.2 kali gandabeban maksima biasanya dan penebat jenis pin diuji dengan momen bentokan
2.5 kali ganda beban maksima biasanya. Selepas ujian itu, ujian voltan lampau
kilat kering dikehendaki lagi bagi mempastikan jika ada perubahan dalamvoltan lampau kilat.
iv. Ujian Suhu
Penebat itu direndamkan secara bergilir-gilir dalam tong-tong air bersuhu 70
darjah selsius dan 7 darjah selsius. Keseluruhannya jumlah rendaman adalah
enam kali, setiap kali mengambil masa satu jam. Penebat itu kemudiandikeringkan dan ujian kilat kering dilaksanakan.
v. Ujian Keliangan (Porosity)
Ini adalah ujian gelis (glaze) pada penebat tembikar. Penebat itu ditimbang
dalam keadaan kering kemudian ia direndamkan dalam air dan di bawah
tekanan selama 24 jam. Selepas itu penebat itu dikeluarkan, mukanyadikeringkan. Perbezaan antara kedua-dua bacaan itu menunjukkan air dalam
tembikar itu akibat gelis tidak sempurna.
(c). Ujian Kebiasaan
Ujian kebiasaan adalah melibatkan ujian voltan tinggi dan ujiankakisan yang mana dijalankan ke atas semua penebat. Bagi ujian hakisan dan
kekaratan penebat biasanya didedahkan kepada larutan sulfat tembaga pada
suhu 15.6 celsius dalam masa satu minit. Selepas seminit penebat yang diujiakan di dipindahkan dan kemudian digilap dan dibersihkan dan kemudian
didedahkan semula kepada larutan sulfat tembaga. Ianya dilakukan berulang-
ulang sehingga empat kali. Selepas itu diperiksa untuk memastikan tidak
terdapat sebarang kekaratan dan logam yang melekat pada penebat yang diuji.
Ujian voltan tinggi dilakukan terhadap penebat pin, di mana ia
diterbalikkan dan diletakkan kedalam air yang mencecah keparas leher penebat.Air juga diletakkan pada lubang pengumpar. Kemudian voltan tinggi dibekalkan
dalam tempoh 5 minit. Selepas melalui ujian ini sepatutnya penebat yang baik
tidak akan mengalami kerosakan.
27
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
28/35
PENGHANTARAN
2.12 Pengenalan
Setelah kita mempelajaribeberapa bentuk penebat talian atas
dan juga ujian-ujian yang dijalankan
ke atas penebat. Kita telah mendapatgambaran serba sedikit kerperluan
penebat bagi sistem penghantaran
talian atas. Walaubagaimanapun
perlu juga kita ketahui bahawapenebat yang digunakan pada talian
atas iaitu penebat gantungan (Rajah
1.12), mempunyai taburan voltan
yang berbeza dalam satu rangkaian.Bezaupaya ini akan mengakibatkan
ketidak cekapan rangkaianpenebatan berlaku apabila
berlakunya gangguan (kilat)
terhadap talian atas. Meskipundemikian kecepan ini dapat
diperbaiki dengan beberapa kaedah
yang akan di bincangkan
selanjutnya dalan input ini.
2.12.1 Taburan Bezaupaya dalam Penebat Rangkaian
Talian atas yang beroperasi pada keupayaan voltan tinggi menggunakan
beberapa bilangan cakera (penebat gantungan) yang disambung secara siri.
Penyambungan cakera-cakera ini secara siri keseluruhannya dikenali sebagai
penebat rangkaian. Setiap penebat gantungan mempunyai pemasangan logamsendiri dan setiap pemasangan logam bagi setiap unit ini mempunyai nisbi
kemuatan terhadap pemasangan logam kepada unit yang lain. Bagi rangkaian
penebat ini kemuatan saling adalah merujuk di antara pemasangan logam setiapunit penebat gantungan. Kemuatan pirau atau kemuatan udara pula merujuk kepada
setiap pemasangan logam di antara unit penebat gantungan dengan tiang menara ke
kebumi.
Oleh kerana terdapatnya berkasan voltan pada rangkaian penebat gantungan
apabila dihidupkan, menyebabkan pembahagian voltan yang tidak sama pada setiap
penebat akan berlaku.
28
Rajah 2.12 Gambarajah menunjukkan pemasangan
penebat gantungan pada talian atas
RANGKAIAN PENEBAT TALAIAN ATAS
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
29/35
PENGHANTARAN
Bezaupaya voltan yang terdapat pada rangkaian penebat adalah berbeza,
bagi penebat rangkaian yang berhampiran dengan pengalir mempunyai nilai
peratusan voltan yang tinggi berbanding penebat yang berhampiran dengan tiangmenara. Keadaan ini menyebabkan pembahagian voltan tidak lelurus (linear) dalam
penebat rangkaian ini. Keadaan ini dapat dijelaskan merujuk penyelesaian pada
Rajah 2.13 (a) dan (b).
Merujuk kepada Rajah 2.13, diketahui;
C : Kemuatan saling
C1 : Kemuatan pirau atau kemuatan udara
V1 : Voltan yang merintangi unit penebat gantungan pertama (berhampiran dengan
tiang menara)V2 : Voltan yang merintangi unit penebat gantungan kedua.
V3 : Voltan yang merintangi unit penebat gantungan ketiga (berhampiran denganpengalir)
E : Voltan di antar pengalir dan bumi.
Ambil K = C1 / C atau C1 = KC
Menggunakan hukum kirchhoff pada nod A kita dapati:-
29
C
C
C
C1
C1
C1
V1
V2
V3
B
A
I1
i2
i1
I2
i3
I3
E
Rajah b
I4
V1
V1
+ V2
+V
3
V1
+ V2
V1
V2
V3
B
A
E
Rajah a
C
Rajah 2.13 Binaan (a) dan Litar setara (b)
bagi penebat rangkaian
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
30/35
PENGHANTARAN
I2 = I1 + i1CV2 = CV1 + C1V1CV2 = CV1 + KCV1
CV2 = C(V1 + KV1)V2 = (V1 + KV1)
V2 = V1(1 + K) Dapatkan V1
Menggunakan hukum kirchhoff pada nod B kita dapati:-
I3 = I2 + i2
CV3 = CV2 + C1( V1 + V2) ....Voltan merintangi kemuatan udara C1dari tiang menara ke unit penebat ke dua = (V1 +V2) Lihat rajah di atas dannota
CV3 = CV2 + KC(V1 +V2)
CV3 = C[V2 + K(V1 +V2)]
V3 = [V2 + K(V1 +V2)]
V3 = [KV1 + V2(1 + K)]
V3 = [KV1 + V1 (1 + K) (1 + K)]V3 = V1 [K + (1 + K) (1 + K)] .Permudahkan.
V3 = V1 (K + 1 + 2 K + K)
V3 = V1 (1 + 3 K + K) .....Dapatkan V1
Voltan di antara pengalir dan tiang menara (ke bumi) :-
E = V1 + V2 +V3E = V1 + V1(1 + K) + V1 (1 + 3 K + K)
E = V1 ( 3 + 4K + K2 )
Dari persamaan ini didapati :-
V1 = E / ( 3 + 4K + K2 ) ..{Pers: 2.16)
Setelah mendapatkan nilai V1 seterusnyadapatkan nilai V2 dan V3. Daripada padadapatan ini kita akan melihat bezaupaya voltan yang merintangi setiap penebat
rangkaian ini.
Satu rangkaian bagi empat penebat digunakan untuk menggantungkan satu pengalir
33kV, tiga fasa talian atas. Kapasitan udara atau pirau di antara tiap-tiap tudung dan
30
C1= KC
Diketahui V2
= V1
(1 + K)
Contoh 2.3:Contoh 2.3:
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
31/35
PENGHANTARAN
menara ialah sepersepuluh (1/10) dari kemuatan tiap-tiap unit. Kirakan voltan
melintangi tiap-tiap penebat.
Diberikan: E = 33kV
K = C1/C = 1/10 = 0.1Dengan mengunakan persamaan yang telah diperolehi daripada 8.1 kita ketahui;
V2 = V1(1 + K)
V3 = V1 (1 + 3 K + K)
Bagi persamaan voltan V4 yang melintangi penebat keempat, boleh didapati
dengan menggunakan kaedah yang sama seperti pada 8.1 dan didapati sebagai;
V4 = V1 (1 + 6K + 5K2 + K3)
Oleh itu;V2 = V1(1 + K)
V2 = V1(1 +0.1)
V2 = 1.1V1
V3 = V1 (1 + 3 K + K)
V3 = V1(1+ 3(0.1) +(0.1)2)
V3 = 1.31V1
V4 = V1 (1 + 6K + 5K2 + K3)
V4 = V1(1+ 6(0.1) + 5(0.1)2 + (0.1)3)
V4 = 1.651V1
Voltan di antara pengalir dan tiang menara (ke bumi) :-
E = V1 + V2 +V3 + V4E = V1 + 1.1V1 + 1.31V1 + 1.651V1E = 4.062V1
dan
E =3
33000= 19050V
Oleh itu;V1 = E / 4.062
V1 = 19050 / 4.062V1 = 4690V
31
Penyelesaian :
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
32/35
PENGHANTARAN
Dengan memasukan nilai V1 dalam persamaan V2,V3, dan V4, dari persamaan ini
didapati :-
V2 = 1.1V1V2 = 1.1(4690)
V2 = 5159V
V3 = 1.31V1V3 = 1.31(4690)V3 = 6144V
V4 = 1.651V1V4 = 1.651(4690)V4 = 7743V
Merujuk kepada nilai-nilai voltan yang merintangi setiap unit penebatan didapati
nilai voltan V4 yang merintang penebat keempat dalam rangkaian penebatan(berhampiran dengan pengalir) adalah besar berbanding nilai voltan V1 pada
penebat yang berhampiran dengan tiang menara iaitu penebat pertama.
2.12.2 Kecekapa Rangkaian
Oleh kerana terdapatnya pembahagian voltan yang tidak sama pada setiap
penebat rangkaian yang digunakan pada talian atas apa bila berlakunya sampukan
atau ganguan akibat kilat. Iaitu voltan yang merintangi penebat yang berhampirandengan pengalir lebih tinggi dan menyusut sehingga kepenebat yang berhampiran
dengan tiang menara. Maka akan mengurangkan kecekapan pada rangkaian
penebatan yang digunakan. Kecekapan rangkaian juga dipengaruhi oleh bilanganpenebat gantungan yang digunakan dalam satu rangkaian. Selain daripada itu
bergantung juga kepada nisbah kemuatan udara (kemuatan di antara unit dan tiang
menara) dengan kemuatan saling (kemuatan di antara unit) pada satu rangkaian.Kecekapan rangkaian bagi penggunaan talian atas boleh ditakrifkan sebagai;
Kecekapan Rangkaian = x 100%
atau boleh ditulis sebagai,
KecekapanRangkaian = %100xnVT
E..{Pers: 2.17)
Di mana;
E = Voltan melintangi rangkaian
32
Voltan Melintangi Rangkaian
n x Voltan Meklintangi Penebat yang
hampir dengan pengalir
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
33/35
PENGHANTARAN
n = Bilngan penebat yang disusun secara siri dalam penebat rangkaian
VT = Voltan melintangi penebat yang hamper dengan pengalir
Satu rangkaian bagi empat penebat digunakan untuk menggantungkan satu pengalir
33kV, tiga fasa talian atas. Kapasitan udara atau pirau di antara tiap-tiap tudung dan
menara ialah sepersepuluh (1/10) dari kemuatan tiap-tiap unit. Kirakan kecekapanpenebat rangkaian ini..
Dengan menggunakan jawapan yang diperolehi daripada contoh 2.3 iaitu;
V4 = 7743V (Nilai voltan yang hamper dengan pengalir)
Diberikan;E =
3
33000= 19050V
n = 4
Oleh itu;
Kecekapan Rangkaian = %100xnVT
E
=%100
77434
19050x
x
= 0.615 @ 61.5%
2.12.3 Membaiki Taburan Bezaupaya dalam Penebat Rangkaian
Meskipun terdapat bezaupaya voltan dalam satu sistem penebat rangkaian
yang mengurangkan kecekapan penebat rangkaian bagi talian atas. Masalah ini
boleh diatasi dan dibaiki dengan berbagai cara di antaranya memanjangkan palang
menara, penggredan kemuatan, perisaian static dan mengunakan gelang adang.
Dalam input ini hanya dua cara yang akan dibincangkan bagi meningkatkankecekapan dalam penebat rangkaian iaitu cara lengan bersilang (cross-arm) dan
cara menggunakan gelang adang (guard ring).
(a) Lengan Bersilang (cross-arm)
33
Contoh 2.4:Contoh 2.4:
Penyelesaian :
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
34/35
PENGHANTARAN
Cara lengan bersilang bermaksud menambahkan jarak palang yang
digunakan untuk mengantungkan penebat rangkaian daripada tiang menara. Melaluikaeadah ini kecekapan rangkaian dapat ditingkatkan. Jika merujuk kepada
contoh 2.3, bagi mendapatkan kecekapan rangkaian adalah jelas iaitu dengan
menambahkan jarak palang dari tiang menara akan turut mengurangkan nilai K(nisbah kapasitor). Apabila nilai K berkurang iaitu lebih rendah daripada 0.1 maka
dengan yang demikan akan meningkat kecekapan penebat rangkaian.
Walaubagaimanapun kaedah ini adalah terhadap kepada tiang menara yang tinggidan besar sahaja kerana bagi tiang menara yang kecil tidak mempunyai keupayaan
yang cukup untuk menampung berat palang yang panjang dan juga penebat
rangkaian. Rajah 2.14 menunjukkan skematik bagi kaedah lengan bersilang.
(b) Gelang Adang (guard ring)
Cara gelang pengadang boleh dilakukan dengan mengunakan perisaistatik. Perisai statik ini dipasang pada bahagian bawah akhir unit penebat yang
disambung dengan menggunakan penyambungan logam pada penebat gantungan
dan kemudian disambungkan kepada pengalir talian.
Gelang adang yang berfungsi sebagai tabir bagi setiap unit, megurangkan
kemuatan bumi dan mengwujudkan kemuatan di antara talian dan tudung penebat.Nilai kemuatan yang wujud ini adalah besar pada bahagian unit yang berhampiran
dengan gelang adang dan ini akan mengurangkan kejatuhan voltan yang merintangi
setiap unit penebat rangkaian. Melalui cara ini pengagihan voltan yang sama
merintangi setiap unit adalah mustahil diperolehi dalam praktikal sebebanar.Walaubagaimanapun ianya boleh dipertimbangkan bagi meningkatkan kecekapan
rangkaian sebaik mungkin. Kaedah gelang adang ini dapat dilihat seperti pada rajah
2.15(a).
34
D
D = Panjang palang
Pengalir
Palang Menara
Rajah 2.14 Skematik lengan bersilang
C
C
C
C1
C1
C1 Cx
I1
I2
I3
i1
i2
i3
Ix
CyIy
V3
V2
V1
(b) Litar setara
Gelang Pengadang
Tiang Menara
Pengalir
CzI
z
Gelang Pengadang
Tiang Menara
(a) Binaan
Tanduk Arka
-
7/29/2019 1ke2 Sistem Penghataran Talian Elektrik
35/35
PENGHANTARAN
Rajah 2.15 : Gelang adang
Merujuk kepada rajah 2.15(b), satu gelang adang telah dipasang pada
bahagian pengalir supaya voltan-voltan ceper menjadi sama nilai. Dalam keadaanini arus-arus kemuatan atau kapasitan kebumi i1, i2 dan i3 menjadi sama dengan arus
kemuatan pengalir kepenyambung pin Ix, Iy dan Iz. oleh itu nilai voltan yang
merinkai setiap unit penebatan adalah sama iaitu V1 = V2 = V3 = V.
Andaikan Cx, Cy dan Cz adalah kapasitan-kapasitan pengadang yang perlu untukpembahagian voltan yang sama;
Melalui penyelesaian dengan menggunakan kaedah hukmum kirchhoff pada setiap
nod kita akan perolehi;
Pada simpang A,
C1V = Cx3V
C1V = Cx3V
Cx = C1/ 3
35
Pada simpang B,
C12V = Cy 2VC1V = Cy 2V
Cy = C1
Pada simpang C,
C13V = CzV
C13V = CzV
Cz = 3C1