Asep Andi Suryandi (23212059) Menara Transmisi 500 kV sirkuit

Asep Andi Suryandi (23212059)
1.
Menara Transmisi 500 kV sirkuit ganda dengan 2 kawat tanah (jarak antara 2 kawat tanah – 12
meter) setinggi 70 meter disambar petir langsung ke menara dengan arus petir 60 kA dengan
kecuraman gelombang 30 kA/µs, impedansi surja menara 250 ohm dan kawat tanah 400 ohm.
Isolator pada tiang akhir 30 piringan.
Diketahui :
Arus Petir, Is = 60 kA,
Is terbagi menjadi 5 (4 ke kawat tanah dan 1 ke kawat fasa)
Menara Transmisi 500 kV, h = 70 m
Jarak antara 2 kawat tanah = 12 m
Isolator pada tiang akhir 30 piringan
di/dt = 30 kA/µs
Impedansi surja menara, Zt = 250 ohm
Impedansi kawat tanah, Zk = 400 ohm
Zk = 400 ohm
Zt = 250 ohm
Rangkaian Ekivalen:
Zt = 250 ohm
60 kA
Zk = 400 ohm
Re = 10 ohm
Zk ekivalen = 400//400//400//400 = 100 ohm
Impedansi Menara, Zm = Zt + Re = 260 ohm
Maka Arus petir pada menara, Im = 𝑍
𝑍𝑘 𝑒𝑘𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛
𝑚 +𝑍𝑘 𝑒𝑘𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛
𝑥 𝐼𝑠 = 16,67 𝑘𝐴
Arus petir pada 4 kawat tanah, It = 𝐼𝑠 − 𝐼𝑚 = 43,33 𝑘𝐴 (masing-masing 10,8325 kA)
1
Asep Andi Suryandi (23212059)
Zk = 400 ohm
Zt = 250 ohm
a. Berapa besar tegangan yang dapat terjadi pada isolator di menara jika tahanan tanah 10 ohm
dan induktansi menara 1 µH/m, apakah terjadi back flashover ?.
Jawab :
Tahanan tanah, Re = 10 ohm
Induktansi menara = 1 µH/m
L = h x induktansi menara = 70 m x 1 µH/m = 70 µH
VL = 500 .
√3
√2
= 408,248 kV
Maka tegangan yang dapat terjadi pada isolator di menara, Vm :
Vm = Im.Re + L.(di/dt) + VL = 16,67 kA.10Ω + 70 µH. 30 kA/µs + 408,248 kV
Vm = 2674,948 kV
BIL isolator untuk 30 piringan adalah 2145 kV (berdasarkan tabel 10)
Sehingga pada menara terjadi back flashover karena tegangan pada isolator menara (Vm) lebih
besar dari BIL isolator (Vm > BIL isolator).
b. Berapa besar sudut lindung dari kawat tanah yang terpasang pada menara tersebut agar fasa
terluar aman jika sambaran petir datang dari samping transmisi / menara. Fasa terluar adalah 10
meter dari tengah menara pada ketinggian 50 meter dari tanah.
Jawab :
Fasa terluar adalah 10 m dari tengah menara pada ketinggian 50 m dari tanah.
Jarak sambar, r = 6,7 x (Is) 0,8 = 6,7 x (60) 0,8 = 177,254 m
2
Asep Andi Suryandi (23212059)
50 m
Maka besar sudut lindung agar fasa terluar aman adalah
10−6
)
70−50
α = tan-1(
2.
4
20
= tan−1 ( ) = 11,309 o
Pada tiang akhir sebuah hantaran udara 150 kV disambung dengan kabel tenaga sepanjang 50
meter ke sebuah trafo 150/20 kV dengan impedansi tak terhingga di dalam gardu induk.
Arus impuls petir 20 kA dengan kecuraman gelombang sama dengan soal no.1 diatas, menyambar
langsung ke kawat fasa (Shielding Failures) antara menara kedua dan tiang akhir, sebagian
gelombang bergerak menuju kabel yang terhubung ke trafo dalam GI, jumlah isolator pada menara
12 piringan impedansi surja hantaran udara 300 ohm dan impedansi surja kabel 50 ohm,
permitivitas relatif kabel adalah 9. Jawablah pertanyaan berikut.
Diketahui :
Tiang Transmisi 150 kV disambung kabel ke trafo 150/20 kV, ℓ = 50 m
Arus impuls petir, Is = 20 kA
di/dt = 30 kA/µs
Jumlah isolator pada menara 12 piringan
permitivitas relatif kabel, 𝜀𝑟 = 9
Impedansi surja hantaran udara, Ґ1 = 300 ohm
Impedansi surja kabel, Ґ2 = 50 ohm
Impedansi tak terhingga dalam gardu induk, Ґ3 = ∞ ohm
3
Asep Andi Suryandi (23212059)
a. Apakah terjadi flashover pada isolator ditiang akhir menara ?.
Jawab :
Tegangan gelombang berjalan, U1’ = Is’. Ґ1 = 10 kA.300 ohm = 3000 kV
BIL Isolator untuk 12 piringan = 1105 kV (dari tabel 10)
Karena U1’ > BIL isolator, sehingga terjadi flashover pada isolator di tiang akhir tower
b. Gambar perjalanan gelombang pada kabel dengan diagram Bewley beserta koefisien refleksi dan
refraksi. Berapa besar tegangan yang merambat dari tiang akhir ke kabel tenaga? Apakah perlu
dipasang Arrester pada kabel yang terhubung ke hantaran udara ?.
Jawab :
Koefisien Refleksi
Ґ2−Ґ1
50−300
β1 = Ґ2+Ґ1 = 50+300 = −0,714
Ґ3−Ґ2
β2 = Ґ3+Ґ2 = 1
Ґ1−Ґ2
β3 = Ґ1+Ґ2 = 0,714
Koefisien Refraksi
ρ1 = 1 + β1 = 0,286
ρ2 = 1 + β2 = 2
ρ3 = 1 + β3 = 1,714
4
Asep Andi Suryandi (23212059)
Flash over
3000 kV
1105 kV
Tegangan yang merambat dari titik A (tiang akhir) ke kabel tenaga adalah
Ua = ρ1.U’ + ρ1. β2. U’ = 0,286 . 1105 + 0,286 . 1 . 1105 = 632,06 kV
Tegangan pengenal Arester, UA = 150 . 1,1 . 0,8 = 132 kV
Rating Arester 138 kV, tegangan kerja Arester = Ut = 460 kV (berdasarkan tabel 4)
TID Trafo = Ut . 1,2 = 460 . 1,2 = 552 kV
TID peralatan = TID Trafo . 1,1 = 607,2 kV, dari tabel 7 kita pilih yang 650 kV
Karena TID peralatan dari table 7 > Ua , maka tidak diperlukan arester.
c. Berapa tegangan diujung kabel yang tersambung ke trafo setelah pemantulan kedua trafo ?.
Jawab :
Tegangan di titik B (diujung kabel yang tersambung ke trafo) setelah pemantulan kedua adalah
Ub = ρ1 . ρ2 . U’ + ρ1 . ρ2 . β2 . β3 . U’ = 0,286 . 2 . 1105 + 0,286 . 2 . 1 . 0,714 . 1105
Ub = 1083,35 kV
5
Asep Andi Suryandi (23212059)
d. Berapa tegangan ditengah-tengah kabel setelah gelombang berjalan selama t = 2.5 mikro detik
?.
Jawab :
v=
3.108
√ℰ𝑟
ℓ
= 108 𝑚/𝑠
50
t = 𝑣 = 108 = 0,5 µs
T
Saat t = 2,5 µs, posisi tegangan ada pada titik T :
Uc
= ρ1.U’ + ρ1. β2. U’ + ρ1. β2 . β3.U’ + ρ1. 𝛽22 . β3 .U’ + ρ1. 𝛽22 . 𝛽32 . U’
= 0,286 . (1 + 1 + 0,714 + 0,714 + 0,7142). 1105
Uc
= 1244,462 kV
Jadi, tegangan ditengah-tengah kabel setelah gelombang berjalan selama t = 2,5 µs adalah
1244,462 kV
3.
Tentukan tegangan pengenal Arrester jika transformator tersebut di atas memerlukan Arester di
depan trafo yang disambungkan ke sisi 150 kV, titik bintang trafo ditanahkan dan variasi perubahan
tegangan sebesar 15 %.
Pilih kelas arus dari penangkap petir sesuai dengan tabel.
Diketahui juga TID trafo pada sisi 150 kV sebesar 650 kV.
Tegangan lebih dinamis: 1,25 dari kerja sistem.
Tegangan percikan frekuensi jala-jala: 1,6 x tegangan pengenal arrester.
Pilih faktor keamanan 5,5 % dari perhitungan.
Diketahui :
Vs = 150 kV
Koefisien pentanahan = 0,8
6
Asep Andi Suryandi (23212059)
Variasi perubahan tegangan 15 % = 1,15
Berapa besar arus impuls petir yang sampai pada ujung kabel ?
Jawab :
Tegangan pengenal Arester, U = 150 x 1,15 x 0,8 = 138 kV
Tegangan kerja Arester, Ua = 460 kV (berdasarkan tabel 4)
Tegangan lebih dinamis = 1,25 x
150
√3
= 108,25 kV
Tegangan percikan jala-jala = 1,6 x 138 kV = 220,8 kV
Tingkat Perlindungan Arester = 460 x 1,1 = 506 kV
Faktor Keamanan = 5,5 %
5,5 % =
5,5 % =
𝑇𝐼𝐷 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡𝑎𝑛−𝑇𝑖𝑛𝑔𝑘𝑎𝑡 𝑃𝑒𝑟𝑙𝑖𝑛𝑑𝑢𝑛𝑔𝑎𝑛 𝐴𝑟𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟
𝑥100%
𝑇𝐼𝐷 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡𝑎𝑛
𝑇𝐼𝐷 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡𝑎𝑛−506
𝑥100%
𝑇𝐼𝐷 𝑃𝑒𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡𝑎𝑛
𝐴𝑟𝑢𝑠 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠 𝑝𝑒𝑡𝑖𝑟, 𝐼 =
4.
TID peralatan = 535,45 kV
2. 𝑈𝑑 − 𝑈𝑎 2.1105 − 460
=
= 5,83 𝑘𝐴
𝑍
300
Berapa jarak lindung trafo tiang 20 kV, jika kecuraman arus impuls di daerah trafo dipasangan
tersebut sebesar 25 kA/µs ? Gambarkan cara pemasangan arrester dan sistem grounding pada
gardu tiang 20 kV/380 Volt, 300 kVA, dengan impedansi impuls hantaran udara 200 ohm.
Diketahui :
Vs = 20 kV
Gardu tiang 20 kV/380 Volt
di/dt = 25 kA/µs
impedansi impuls hantaran udara, Z = 200 ohm
Kecepatan rambat gelombang di udara = 300 𝑚/µs
Jawab :
Untuk 20 kV maka TID peralatan = 125 kV (berdasarkan tabel 1)
Tegangan gelombang datang pada trafo, Ut =
𝑇𝐼𝐷 𝑝𝑒𝑟𝑎𝑙𝑎𝑡𝑎𝑛
1,2
=
125
1,2
= 104, 167 𝑘𝑉
Tegangan pengenal arester, U = 20 x 1,1 x 0,8 = 17,6 kV
Maka diambil rating arester = 18 kV
dengan tegangan kerja, Ua = 65 kV (berdasarkan tabel 4)
jadi jarak lindung trafo tiang 20 kV adalah
7
Asep Andi Suryandi (23212059)
𝐿=
𝑈𝑡 − 𝑈𝑎
104,167 − 65
𝑥𝑣=
𝑥300 𝑚/µs
𝑑𝑖
2 𝑥 200 𝑥 25
2𝑥𝑍𝑥
𝑑𝑡
L = 1,17501 meter
Syarat L1 + L2 ≤ L
L1 + L2 ≤ 1,17501 meter
8