BAB II TEORI DASAR GELOMBANG BERJALAN DAN PEMBUMIAN

BAB II
TEORI DASAR
GELOMBANG BERJALAN DAN PEMBUMIAN (PENTANAHAN)
2.1 Gelombang Berjalan
Teori gelombang berjalan pada kawat transmisi telah disusun secara
intensif sejak tahun 1910, terlebih-lebih dalam 1930-an.
Persoalan gelombang berjalan ini sangat sukar, sehingga harus diadakan
banyak penyederhanaan supaya dapat dipergunakan untuk keperluan teknik. Pada
saat ini gelombang berjalan telah diselidiki pada :
a. Kawat Tunggal
b. Kawat Majemuk
c. Kecepatan mejemuk dari gelombang berjalan
Bagian terbesar dari suatu mengenai gangguan pada sistem ialah teori
gelombang berjalan, yaitu mengenai sumber gelombang, karakteristik serta
keadaan pada titik peralihan dari transmisi.
2.2 Sumber-Sumber Gelombang Berjalan
Sampai saat ini sebab-sebab dari gelombang berjalan yang di ketahui
ialah :
a. Sambaran kilat secara langsung pada kawat fasa
b. Sambaran kilat tidak langsung pada kawat fasa (Induksi)
c. Operasi hubung (Switching Operation)
d. Gangguan-gangguan pada sistem oleh berbagai kesalahan
e. Tegangan steady state
Semua macam sebab-sebab ini menimbulkan surja (surge) pada kawat fasa
disebabkan oleh kelebihan energi secara tiba-tiba pada kawat. Energi ini
merambat pada kawat fasa, sama halnya seperti kita melemparkan batu pada air
yang tenang pada sebuah kolam. Energi yang merambat ini terdiri dari arus dan
tegangan. Kecepatan merambat gelombang berjalan tergantung dari konstantakonstanta kawat fasa. Pada kawat hantaran udara, kecepatan merambat ini kirakira 1000ft/µ sec, jadi sama dengan kecepatan cahaya. Pada kabel tanah kira-kira
500 ft/ µ sec.
Dengan sendirinya segala macam diskontinuitas pada transmisi tidak
mempunyai efek pada gelombang, sebelum gelombang mencapainya. Tetapi bila
gelombang mencapai titik peralihan, terjadi perubahan gelombang sehingga
terdapat sedikit perbedaan dengan gelombang semula.
Kecepatan Merambat
Apabila suatu gelombang energi listrik merambat sepanjang kawat fasa
dengan konstanta L dan C, maka gelombang tegangan dengan arus merambat
dengan kecepatan yang sama. Kedua besaran ini dihubungkan oleh suatu factor
proposional yaitu karakteristik fasa itu.
Gambar 2.1 Kawat Transmisi dengan batere
Bila gelombang tegangan E sampai pada titik a, maka arus yang
bersamaan dari tegangan itu akan mengisi kapasitor C pada tegangan E.
Muatan yang dibutuhkan untuk menaikan tegangan pada satu satuan
panjang sama dengan CE.
Bila kecepatan merambat gelombang itu v cm/detik, maka jumlah muatan
yang dibutuhkan untuk mengisi kawat sepanjang v cm tiap detik sama dengan C E
v.
Muatan ini diberikan oleh arus uniform yang mengalir pada kawat, dan
memberikan muatan C E v dalam satu detik dibutuhkan arus sebesar :
I = C E v . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.1)
Bila gelombang itu merambat sejauh x cm, maka energi elektrostatik pada
bagian ini (x cm) ialah:
Wc = ½ C x E2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.2)
Bila L sama dengan induktansi kawat per cm, maka dalam waktu yang
sama, energi elektromagnetik pada kawat sepanjang x itu :
WL = ½ L x I2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.3)
Dimana :
Wc
= Energi elektrostatik
WL
= Energi elektromagnetik
C
= Kapasitor
L
= Induktansi
E
= Tegangan batere
I
= Arus yang mengantar pada kawat fasa
2.3 Spesifikasi dari Gelombang
Spesifikasi dari suatu gelombang berjalan :
a. Tegangan puncak (Crest) dari gelombang, E (KV), yaitu amplitude
maksimun dari gelombang.
b. Muka gelombang (Front), t1 (mikrodetik), yaitu waktu dari permulaan
sampai puncak.
c. Ekor gelombang (Tail) yaitu bagian kebelakang puncak. Panjang
gelombang (Lenght) t2 (mikrodetik) yaitu waktu dari permulaan sampai
titik 50% E pada tail.
d. Polaritas (Polarity) yaitu polaritas dari gelombang positif atau negative.
Suatu gelombang berjalan (surja) dinyatakan sebagai berikut :
E, t1 x t2
Jadi suatu gelombang dengan polaritas positif, crest = 1000 KV, front 3
mikrodetik, dan panjang 21 mikrodetrik dinyatakan sebagai : + 1000, 3 x 21.
2.4 Dasar Pembumian
Tujuan pembumian pada dasarnya adalah :
-
Ditujukan pada titik netral dan pembumian umum, dimaksudkan untuk
mengurangi besar tegangan lebih surja dan mengontrol besarnya arus
hubungan singkat.
-
Pada sistem yang besar yang tidak dibumikan, arus gangguan itu relatif
besar ( > 5 A ) sehingga busur listrik yang timbul tidak dapat padam
sendiri, hal ini akan menyebabkan gejala “Arching Ground”. Pada sistem
yang dibumikan gejala tersebut hampir tidak ada.
-
Untuk membatasi tegangan-tegangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu
(sehat).
Pada sistem-sistem dibawah 115 KV banyak dipakai pembumian dengan
Peterson Coil. Terutama di Eropa pembumian dengan Peterson Coil itu telah
dimulai sejak tahun 1990, sedangkan Amerika Serikat baru dimulai sejak 1930-an.
Pada sistem yang tegangannya lebih besar (115 KV keatas) ada
kecenderungan dengan pembumian tanpa impedansi (Solid Grounding) atau
(Effective Grounding).
Yang dimaksud dengan Effective Grounding adalah pembumian dimana
perbandingan antara reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga,
dan perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau
sama dengan satu (X0/X1≤3;X1≤1)
2.5 Sistem yang tidak dibumikan (ditanahkan)
Untuk sistem yang titik netralnya tidak ditanahkan, adanya hubung singkat
harus dilihat dari arus pemuat urutan-nol. Dengan menggunakan trafo arus urutannol digerakkan rele arah hubung singkat-tanah (ground fault relay), bila arus
pemuatnya cukup besar. Pada umumnya, karena sukar mengetahui hubung singkat
pada sistem ini, maka Sistem ini telah banyak di tinggalkan orang karena tidak
sesuai dengan kondisi-kondisi yang diinginkan
2.6 Sistem pembumian dengan tahanan
Rele deteksi hubung singkat tanah yang digunakan untuk sistem ini adalah
rele tegangan urutan nol, rele arus lebih tanah dan rele arah tanah (ground fault
relay) kedua rele terakhir ini harus mempunyai kepekaan yang tinggi dan harus
dapat bekerja dengan daya (arus) yang rendah, karena tahanan yang tinggi dan
adanya tahanan titik hubung singkat membatasi besarnya arus hubung singkat.
2.7 Sistem pembumian dengan Gulungan Petersen
Sistem ini baik sekali guna menanggulangi hubung-singkat satu fasa ke
tanah yang sifatnya sementara karena dapat mematikan busur api yang disebabkan
oleh hubung singkat itu. Tetapi untuk hubung singkat yang tetap (permanent)
sukar sekali melihat adanya hubung singkat itu dari arus urutan nol yang
mengalir.
2.8 Rele gangguan tanah (Ground fault relay)
Rele gangguan tanah akan berhasil dengan baik, tergantung dari besarnya
arus gangguan ke tanah. Sistem yang netralnya di bumikan dengan reaktansi. Pada
umumnya arus gangguan tanah besarnya berada pada batas-batas (25%-100%)
dari arus gangguan 3 fasa. Sistem yang dibumikan dengan tahanan, arus gangguan
tanah besarnya 10%-25% dari gangguan 3 fasa.
Untuk sistem yang dibumikan melalui tahanan yang besar atau melalui
gulungan Peterson akan mempunyai arus gangguan kebumi yang sangat kecil.
Khusus untuk gulungan Peterson biasanya dilengkapi dengan alat untuk
menghubung langsung titik netral ke bumi pada waktu terjadinya gangguan yang
permanent, dengan tujuan untuk memperbesar arus gangguan ke bumi dengan
demikian rele tanah yang konvesional dapat bekerja.