Perencanaan SUTT [PDF]

Citation preview

TRANSMISI DAYA LISTRIK Tatap Muka 8 : (Perencanaan SUTT)



Cakupan perencanaan SUTT 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.



Survey, pengukuran dan pemetaan rute SUTT Pengujian tanah tempat pondasi menara Perencanaan menara dan traversnya Penentuan jarak antara kawat Pemilihan kawat/ konduktor yg ekonomis Penentuan jumlah isolator Perhitungan tegangan tarik dan andongan kawat



Kegiatan 1,2,3 bukan cakupan kompetensi elektro



Komponen Utama Jaringan Transmisi Komponen - komponen utama dari saluran transmisi terdiri dari : a. Menara transmisi atau tiang transmisi beserta pondasinya, b. Isolator - isolator, c. Kawat penghantar (conductor), dan d. Kawat tanah (ground wire)



Dasar Pemilihan Tegangan Pemilihan tegangan saluran transmisi berkaitan erat dengan kapasitas daya yang disalurkan. Pada penyaluran tenaga listrik dengan daya besar dan jarak yang relatif panjang, banyak hal - hal yang perlu dipertimbangkan terutama ditinjau dari segi ekonomisnya seperti efisiensi, losses, factor cuaca, jenis konduktor, temperature dll. Untuk mengatasi hal itu, maka dalam transmisinya biasanya cenderung untuk menaikkan tegangannya ketingkat tegangan yang lebih tinggi. Dengan cara ini maka daya guna penyaluran akan lebih efektif karena rugi transmisi dapat diturunkan. Perhitungan daya saluran Prs(MW) dengan menggunakan rumus : V2 Prs = k Dimana : 1000.L Prs = Kapasitas daya saluran (MW) V = Tegangan standar (kV) k = Koefisien kapasitas L = Panjang saluran (km)



Rumus lain untuk menghitung tegangan ekonomis transmisi



L KVA E = 5.5 + 1.6 150



E = Transmission voltage (KV) (L-L). L = Distance of transmission line in KM KVA=Power to be transferred



5



Menara Transmisi atau Tiang Transmisi Menara atau tiang transmisi adalah suatu bangunan penopang saluran transmisi yang dapat berupa menara baja, tiang baja, tiang beton bertulang dan tiang kayu. Tiang baja, beton atau kayu umumnya digunakan pada saluran - saluran dengan tegangan kerja relatif tinggi dan extra tinggi digunakan menara baja. Menara baja dibagi sesuai dengan fungsinya, yaitu : menara dukung, menara sudut, menara ujung, menara percabangan dan menara transposisi



Konfigurasi Saluran Transmisi Dalam saluran transmisi udara, dikenal beberapa macam bentuk konfigurasi saluran yaitu : 1. Saluran Transmisi dengan Konfigurasi Horisontal 2. Saluran Transmisi dengan konfigurasi Vertikal 3. Saluran Transmisi dengan Konfigurasi Delta



Isolator • Isolator berfungsi untuk mengisolasi sistem tegangan baik antar fasa dan fasa dengan tanah (fungsi elektris) serta memikul beban mekanis penghantar yang diisolasikannya (fungsi mekanis). Oleh karena itu tingkat isolasi dan kekuatan mekanisnya harus benar benar diperhatikan sehingga tidak memungkinkan terjadinya arus bocor listrik pada suatu sistem. Tingkat isolasi ini adalah tingkat kemampuan memisahkan sistem tegangan sehingga tidak tembus ke sekelilingnya. • Jenis yang digunakan pada saluran transmisi adalah jenis porselin atau gelas. Menurut penggunaan dan kontruksinya dikenal tiga jenis isolator yaitu, isolator jenis pasak, isolator jenis pos-saluran, isolator gantung. Isolator jenis pasak dan isolator jenis possaluran digunakan pada SUTM, sedang isolator gantung dapat digandeng menjadi rentengan isolator yang jumlahnya disesuaikan kebutuhan tegangan sistem.



Jumlah isolator



Kawat Penghantar Jenis - jenis kawat penghantar yang biasa digunakan pada saluran transmisi adalah : • Tembaga dengan konduktivitas 100% (CU 100%), • tembaga konduktivitas 97,5% (CU 97,5%) atau • aluminium dengan konduktivitas 61% (Al 61%). Kawat penghantar aluminium terdiri dari berbagai jenis sebagai berikut : a. AAC = All - Aluminium Conductor, yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari aluminium. b. AAAC = All Aluminium - Alloy Conductor, yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran aluminium. c. ACSR = Aluminium Conductor Steel – Reinforced, yaitu kawat penghantar aluminium ber-inti kawat baja. d. ACAR = Aluminium Conductor Alloy – Reinforced, yaitu kawat penghantar aluminium yang diperkuat dengan logam campuran. Kawat penghantar tembaga mempunyai beberapa kelebihan dibanding aluminium karena konduktivitas dan kuat tariknya lebih tinggi. Tapi untuk tahanan yang sama, tembaga lebih berat dari aluminium dan lebih mahal. Oleh karena itu aluminium telah menggantikan tembaga. Untuk memperbesar kuat tarik aluminium digunakan campuran aluminium (aluminium alloy). Untuk jarak antara tiang/menara jauh (ratusan meter), dibutuhkan kuat tarik yang lebih tinggi. Untuk itu digunakan kawat penghantar ACSR.



ACSR—conductor used in overhead lines



1



2



3



12



2- Aluminum Conductor Steel Reinforced (ACSR)



1- Steel strands 2- Aluminum strands ACSR (26/7)



Pemilihan Ukuran Konduktor Perencanaan suatu jaringan juga meliputi penentuan ukuran tipe konduktor. Ukuran dan tipe konduktor ditentukan oleh arus yang lewat melalui konduktor, karena besar penampang konduktor berbanding lurus dengan kapasitas kuat arusnya. Semakin besar kuat arus yang mengalir melalui saluran transmisi maka semakin besar pula daya yang mampu dikirim oleh saluran transmisi. Kuat arus perphasa dapat dihitung berdasarkan pada rumus sebagai berikut : Dimana : S I = I = Arus per fasa (A) 3.Vr S = Daya yang dikirim (MVA) Vr = Tegangan sistem (kV) Setelah didapatkan hasil dari perhitungan perfasa selanjutnya akan dihitung besar dari arus perkonduktor dengan menggunakan rumus, Dimana : Ik = Arus perkonduktor (A) I = Arus perfasa (A) np = Jumlah konduktor perfasa



I Ik = np



Perencanaan Isolasi Saluran Transmisi Dalam sistem tenaga listrik sangat mungkin timbulnya tegangan lebih. Tegangan lebih dapat disebabkan oleh kilat dan switching. Berkenaan dengan tegangan ini erat sekali hubungannya dengan isolasi. Pada perencanaan jaringan transmisi perlu juga mempertimbangkan jenis serta jumlah isolasi yang akan digunakan. Data dalam perencanaan isolasi sebagai berikut: a. Data tegangan sistem V (kV), konfigurasi saluran (horisontal/ vertikal), Tipe Insulator yang dipilih (tipe string I atau string V ). b. Penentuan tegangan flashover lightning (Tegangan Critical flashover) VCFO dan tegangan flashover swithching (Tegangan withstand Switching Surge Crest), c. Perhitungan koefisien keamanan k, (koefisien keamanan phasa tengah) dan k2 (koefisien keamanan phasa pinggir) d. Perhitungan jumlah isolator optimal. Perhitungan ini dimaksudkan untuk menentukan jumlah isolator pada tiap-tiap kawat yang mampu menahan tegangan lebih switching dan lightning pada daerah tertentu.



Penentuan Outline Tower Yang dimaksud dengan outline tower adalah informasi dan perancanangan dari sebuah menara (tower) informasi ini sangat dibutuhkan dalam merencanakan suatu sistem jaringan transmisi. Dari data outline tower dapat ditentukan tipe tower beserta ukuran-ukuran jarak bebas (clearence) yang bersangkutan dengan perancangan tower. Informasi keluaran outline tower yang dibutuhkan terdiri dari : 1. Andongan, 2. Jarak bebas ke tanah (Ground Clearance), 3. Jarak vertikal dan horisontal antar kawat, 4. Diagram clearance dari jarak terhadap kawat fasa, 5. Panjang isolator set.



Penentuan jarak antar kawat Rumus2 untuk menentukan jarak antara kawat : • Rumus Percy H. Thomas Jarak horisontal antara kawat-kawat ditengah-tengah gawang sbb :



δ = C d D/ w+ A+ L/2



feet



Dimana : δ = jarak horisontal antar kawat, ft C =faktor angin ( 1....4) d = perbandingan andongan (sag) thd panjang gawang (jarak antar 2 menara) D = diameter luar kawat, inch w = berat kawat persatuan panjang, pound/ft L = panjang rentangan rantai isolator , ft A = arcing distance (biasanya diambil 1 ft per 110 kV),



Penentuan jarak antar kawat Rumus2 untuk menentukan jarak antara kawat : • Rumus Safety code formula Jarak horisontal antara kawat-kawat ditengah-tengah gawang sbb :



b a = 0,3 inch per kV + 8 12



inch



Dimana : b = andongan dlm inch • Rumus VDE



UN a = k f + Ik + 150



Dimana : UN =tegangan kerja , kV f = besar andongan pada temperatur 40 oC Ik = panjang rantai isolator, meter k = = konstanta konduktor (untuk ACSR = 0,7)



meter



1)



Mecomb's formula



Spacing(cm) = 0.3048* V + 4.010



D S W



Dimana : V= Voltage of system in KV D= Diameter of Conductor in cm S= Sag in cm W= weight of conductor in Kg/m 1)



VDE formula



Spacing (cm) = 7.5 S +



V



2



2000



Dimana : V= Voltage of system in KV S= Sag in cm 19








Still's formula



l   Spacing (cm) = 5.08 + 1.814 *V +  27.8 



2



Dimana : l = Average span length(m)








NESC formula



Spacing (cm) = 0.762 *V + 3.681 S +



L 2



Dimana : V= Voltage of system in KV S= Sag in cm L= Length of insulator string in cm 20








Swedish formula



Spacing (cm) = 6.5 S + 0.7 * E Dimana : E= Line Voltage in KV S= Sag in cm




French formula



E Spacing (cm) = 8.0 S + L + 1.5 Dimana : E= Line Voltage in KV S= Sag in cm L= length of insulating string(cm) 21




Tinggi kawat diatas tanah Menurut Safety Code Formula Tinggi kawat minimum diatas tanah dinyatakan dengan rumus :



20 ft + (kV − 50)0,5 + 0,75(bt , maks − bt ,nom ) Dimana : bt,maks = andongan pada temperatur maksimum bt,nom = andongan pada temperatur kerja



22



Ground Clearances Ground Clearances CL = 5 . 182 + 0 . 305 * K Where-



 V − 33  K =   33 



Minimum permissible ground clearance as per IE Rules, 1956,Rule 77(4) S.No.



Voltage level



Ground clearance(m)



1.



≤33 KV



5.20



2.



66 KV



5.49



3.



132KV



6.10



4.



220 KV



7.01



5.



400 KV



8.84 23



Minimum Clearance between the ground and the conductor kV 0.4 11 33 66 132 220 400



C (m) 5.5 5.5 6.0 6.2 6.2 7.0 8.4



Tunggi struktur menara Tinggi menara ditentukan oleh



H = h1 + h 2 + h3 + h 4 h1= Minimum ground clearance h2= Maximum sag (andongan) h3= Jarak Vertical antar kawat h4= Vertical clearance antara kawat tanah dan konduktor paling atas



25



Clearances antar Conductors SYSTEM VOLTAGE



TYPE OF TOWER SINGLE CIRCUIT



66 kV



DOUBLE CIRCUIT



SINGLE CIRCUIT



132 KV



DOUBLE CIRCUIT



Vertical spacing b/n Horizontal spacing b/n conductors(mm) conductors(mm)



A(0-2°)



1080



4040



B(2-30°)



1080



4270



C(30-60°)



1220



4880



A(0-2°)



2170



4270



B(2-30°)



2060



4880



C(30-60°)



2440



6000



A(0-2°)



4200



7140



B(2-30°)



4200



6290



C(30-60°)



4200



7150



D(30-60°)



4200



8820



A(0-2°)



3965



7020



B(2-15°)



3965



7320



C(15-30°)



3965



7320



D(30-60°)



4270



8540



26



SINGLE CIRCUIT 220 kV



DOUBLE CIRCUIT



SINGLE CIRCUIT 400 KV



A(0-2°)



5200



8500



B(2-15°)



5250



10500



C(15-30°)



6700



12600



D(30-60°)



7800



14000



A(0-2°)



5200



9900



B(2-15°)



5200



10100



C(15-30°)



5200



10500



D(30-60°)



6750



12600



A(0-2°)



7800



12760



B(2-15°)



7800



12760



C(15-30°)



7800



14000



D(30-60°)



8100



16200



27



Jarak bebas minimum saluran transmisi 150 kV dengan benda lain



Ruang bebas (Right of Way) saluran transmisi



Pertimbangan pemilihan ukuran konduktor
Pertimbangan Mekanis
Pertimbangan Electrical Kebutuhan Mechanical
Tensile Strength (For Tension)
Strain Strength (For Vibration) Kebutuhan Electrical



o o o o o o



Continuous current rating. Short time current carrying rating. Voltage drop Power loss Minimum dia to avoid corona Length of line



Continuous Current Rating ∆t 2 * R1 I 2 = I1* ∆t1 * R 2 I1=current rating for temp rise ∆t1 I2=current rating required to produced temp rise ∆t2 R1= conductor resistance at conductor total temp T1(say 75°C) R2= conductor resistance at required conductor total temp T2



Short Time Rating According to short time rating conductor size is given by-



A = 7.58 * IF * t Where



A=area of conductor(mm2) IF= fault current(KA) t= fault duration(1 sec.)



31



Corona Tegangan Visual Corona pd kondisi cuaca normal V 0 = 21.1∗ m • • • •



δ ∗ r (1 + 0.3) r



log n  Dr 



V0= corona starting voltage, KV(rms) r= radius of conductor in cm D= GMD equivalent spacing b/n conductors in cm m= roughness factor = 1.0 for clean smooth conductor =0.85 for stranded conductor



32



Tegangan tarik dan andongan • Sebuah kawat transmisi yang dibentangkan antara dua titik, karena berat kawat tsb, maka akan melengkung kebawah. Besar lengkungan tergantung berat kawat dan jarak antara dua titik. • Berat kawat akan menimbulkan tegangan tarik, kalau terlalu besar dapat menyebabkan kawat putus atau tiang penopang rusak. Tegangan tarik tergantung berat kawat dan beban2 lain (angin dan temperatur kawat) • Karena adanya tegangan tarik, kawat akan bertambah panjang tergantung modulus elastisitas kawat. Karena perubahan temperatur, kawat akan memuai atau menyusut tergantung koefisien muai kawat. Panjang kawat tergantung panjang gawang (jarak antara dua titik) dan besar andongan. Ketiga-tiganya saling bergantung. • Karena tegangan transmisi umumnya cukup tinggi, andongan kawat yang terlalu besar berbahaya bagi kawat itu sendiri dan obyek lain. Umumnya tinggi kawat diatas tanah minimum antara 7 – 8 meter. • Jadi batasan untuk membentangkan kawat transmisi : a. Tidak boleh melebihi batasan tegangan tarik b. Jarak kawat ke tanah tidak boleh lebih kecil dari batasan



Andongan •



•



•



Andongan adalah jarak proyeksi yang diukur dari tinggi tower saluran transmisi terhadap jarak penghantar yang terendah. Hal ini terjadi karena beratnya penghantar yang direntangkan antara dua tiang transmisi. Dengan diketahuinya jarak andongan, maka akan ditentukan tinggi menara minimum yang harus dibangun. Dalam perhitungan andongan, faktor yang perlu diperhitungkan adalah parameter pemuaian penghantar yang disebabkan oleh kenaikan suhu penghantar. Karena pemuaian ini akan menyebabkan pertambahan panjang pada penghantar, sehingga akan mengakibatkan bertambah panjangnya nilai andongan dan nilai sebenarnya. Keadaan kondisi permukaan tanah yang tidak rata akan menyebabkan tiang Menara mempunyai perbedaan tinggi antara satu dengan yang lainnya. Pada kondisi seperti ini diperlukan metode perhitungan yang berbeda dari perhitungan andongan yang biasanya, perhitungan andongan diklasifikasikan menjadi dua jenis berdasarkan kondisi menara penyangga pada saluran penghantar, yaitu: • Menara yang tingginya sama • Menara yang tingginya berbeda



Perhitungan andongan tinggi menara sama (Model Catenary) Bentuk catenary adalah fungsi berat conductor / satuan panjang (w), komponen horizontal dr tegangan tarik (H), panjang gawang (S), dan maksimum andongan conductor (D). Persamaan catenary menggunakan fungsi hyperbolic . Relative thd titik terendah dari kurva catenary , tinggi conductor, y(x), diatas titik terendah adalah:



Dengan substitusi x = S/2, maka andongan konduktor D dan panjang konduktor L adalah :



Sag and Tension Calculation Span ≤300 m




Parabolic formula:



Sag & Tension



Span >300 m




Catenary formula:



38



Perhitungan andongan tinggi menara tidak sama Disini panjang gawang dibagi menjadi dua bagian, sebelah kiri sisi terendah dan sebelah kanan sisi terendah, persamaannya menjadi :



Jarak horisontal XR dan XL dari titik terendah adalah :



Sehingga andongan konduktor D dan panjang konduktor L :



Perhitungan Andongan Konduktor Slack • Perbedaan antara panjang conductor, L, dan panjang span (jarak antara 2 menara), S, disebut slack. Terdapat hubungan antara slack, panjang conductor length, L, dan andongan, D sebagai berikut : 2 w 3 2 8 L−S = S ( )=D ( ) 2 24 H 3S



• Besar andongan D dapat dinyatakan dalam L , S dan slack sbb :



D=



3S ( L − S ) 8



Perhitungan Andongan Contoh Perhitungan andongan dan panjang konduktor • Diketahui dua buah tiang transmisi dengan jarak antara tiang 600-ft , untuk menopang konduktor ACSR “drake” dengan ukuran 795 kcmil-26/7. berat konduktor persatuan panjang, wb, adalah 1.094 lb/ft. Konduktor tersebut dipasang dengan komponen horisontal tegangan tarik, H, = 6300 lb, atau 20% tegangan tarik maksimum 31,500 lb. Tentukan besar andongan dan panjang konduktor antara dua menar tersebut. Besar andongan D adalah :



w( S ) 2 1,094(600) 2 D= = = 7,81 ft = 2,38 meter 8H (8)6300 Panjang konduktor L antara 2 menara adalah : 8(7,81) 2 L = 600 + = 600,27 ft = 182,96 meter 3(600)



Perhitungan Andongan Perhitungan beban es/ salju dan angin • Bilamana conductor tertutup es/salju atau terkena kecepatan angin , berat efektif konduktor per satuan panjang akan naik. • Pada kondisi salju yg berat dan angin yang kencang, tegangan tarik konduktor bisa meningkat cukup besar yang dapat merusak struktur menara, kecuali sdh diperhitungkan dalam perancangannya. • Berat es/salju persatuan panjang pada konduktor dapat diperhitungkan sbb :



wice = 1,244(t )( Dc + t ) lb / ft



dimana : t = ketebalan es/ salju (inch) Dc = diameter luar konduktor (inch) • Tekanan angin yang mengenai konduktor (Pw), dapat dinyatakan sbb :



Pw = 0,0025(Vw ) 2



dimana : Vw = kecepatan angin (miles/ jam)



lb / ft 2



Perhitungan Andongan Perubahan andongan terhadap temperatur • Konduktor ACSR dan AAC akan memanjang dengan naiknya temperatur konduktor. Untuk ACSR perubahannya lebih kecil dari pada AAC, karena bahan baja perubahannya setengah dari aluminum. • Koefisien perubahan panjang karena panas dari konduktor yg tdk homogen seperti Drake ACSR, didapatkan dari persamaan sbb:



Dimana : E = modulus elastisitas (AL = aluminum, ST = steel, AS = aluminum-steel) A = luas penampang (AL = aluminum, ST = steel, TOTAL = aluminum-steel) α = koefisien muai panjang (AL = aluminum, ST = steel, AS = aluminum-steel)



Perhitungan Andongan Perubahan andongan terhadap temperatur • Bila temperatur konduktor berubah dari reference temperature, TREF , ke temperatur lain, T, panjang konduktor, L, akan berubah sebanding dengan perkalian antara koefisien muai panjang , αAS, dan perubahan temperatur, T – TREF , sbb :



LT = LTREF (1 + α AS (T − TREF ))



• Pada contoh sebelumnya, bila temperatur konduktor ACSR Drake naik dari 60 oF (15 oC) ke 167 oF (75 oC), maka panjang konduktor pada 60 oF naik sebesar 0.68 ft (0.21 m) dari 600.27 ft (182.96 m) ke 600.95 ft (183.17 m).



L(167o F ) = 600,27(1 + (10,6 x 10 −6 )(167 − 60) • Andongan pada 167 oF, adalah sbb :



D=



ft



3(600)(0,95) = 14,62 8



• Kenaikan andongan akan menurunkan tegangan tarik sbb :



w( S ) 2 1,094(600) 2 H= = = 3367 lb 8D 8(14,62)



ft



Kawat tanah dan pentanahan tiang SUTT • Adalah kawat pentanahan (grounding) yang berfungsi untuk mengetanahkan arus listrik saat terjadinya gangguan (sambaran) petir secara langsung. • Pada umumnya ground wire terbuat dari kawat baja (steel wire) dengan kekuatan St 35 atau St 50,. • Jumlah ground wire pada SUTT, ada yang satu atau dua, tergantung dari pucuk tower. • Pentanahan tiang dipasang pada masing-masing tower di sepanjang jalur SUTT. Fungsi pentanahan tiang adalah untuk menyalurkan arus listrik dari kawat tanah (ground wire) akibat terjadinya sambaran petir. • Pentanahan tiang terdiri dari kawat tembaga atau kawat baja yang di klem pada pipa pentanahan dan ditanam di dekat pondasi tower (tiang) SUTT.



Kawat Tanah Kawat tanah berada diatas kawat konduktor phasa sepanjang saluran dan ditanahkan pada setiap tiang. » Melindungi kawat konduktor phasa dari sambaran petir langsung » Mengurangi tegangan tinggi sepanjang isolator sewaktu terjadinya sambaran



langsung



Design criterion:
Sudut perlindungan




25°-30° s/d 220 KV
20° untuk 400 KV keatas




Kawat tanah harus mampu tahan terhadap arus surja petir singkat hingga 100 kA tanpa mengakibatkan pemanasan berlebih



A = 5∗ I ∗ t



Dimana : A= Area(mm2) conductor tembaga I = arus (kA) dan t = waktu (detik)



Luas untuk kawat Baja = 3*A (mm2)
Pertimbangan mekanis, ukurannya menjadi lebih besar dari sekedar kebutuhan untuk kapasitas arus (current carrying rating)
Untuk SUTET (EHV) disarankan 70 mm2 (7/3.66 mm).
Digunakan ACSR sebagai earth wire (12/3.0 mm AL+7/3.0 mm steel) dengan mempertimbangkan corrosi dan tahanannya. Mid span clearance:



Jarak lansung antara earth wire dan konduktor teratas. System voltage



Mid span clearance(m)



≤ 66 KV



3.0



110 KV



4.5



132 KV



6.1



220 KV



8.5



400 KV



9.0



47