03_analisis proteksi pengaruh medan listrik saluran

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
ANALISIS PROTEKSI PENGARUH MEDAN LISTRIK SALURAN TRANSMISI 500 KV
1
A.Sofwan, 2 Sugianto, 3A.Multi
Jurusan Teknik Elektro, FTI Institut Sains Dan Teknologi Nasional, Jakarta
Email : 1) [email protected] [email protected], 3) [email protected]
ABSTRAK
Paper ini memaparkan suatu analisis keamanan pada tubuh manusia dari akibat pengaruh
gelombang medan elektromagnetik saluran transmisi 500 kV. Sebelum nilai medan
elektromagnetik dihitung dari sebuah konduktor yang dipengaruhi jarak, potensial. Perhitungan
dibantu dengan menggunakan program Matlab. Dari hasil pembahasan perhitungan kuat medan
listrik ET Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi 500 kV yang dilakukan diperoleh ET sebesar
1,506 kV/m. Jarak aman Gelombang elektromagnetik pada SUTET terhadap manusia dihitung
pada penelitian ini. Jarak terdekat objek dari jaringan transmisi dan medan terbesar dapat
dikembangkan. Dengan dilakukan simulasi perhitungan pada SUTET 500 kV dengan pemilihan
ketinggian obyek dari tanah yang berbeda-beda dan tinggi penghantar konduktor adalah 32,12 m,
maka diperoleh ketinggian obyek dari tanah yang aman adalah 27 m dengan besar kuat medan
listriknya sebesar 15,898 kV/m sehingga tak perlu proteksi secara langsung dan tidak akan
membahayakan bagi obyek ataupun manusia dibawah jaringan tegangan ekstra Tinggi.
Keywords: proteksi manusia, Kuat medan, Jaringan transmisi, SUTET and matrix
I.
PENDAHULUAN
Pada tulisan ini berisi perhitungan dan
Analisis besarnya kuat medan listrik yang terjadi
dibawah saluran tegangan extra tinggi 500 kV
terhadap permukaan tanah dari Gandul sampai
Cibinong sepanjang 21 km yang menggunakan
konfigurasi sirkit ganda vertikal dan konduktor
berkas sebagai konduktor fasanya sedangkan tanah
diumpamakan sebagai suatu penghantar sempurna.
Untuk pendekatan dalam perhitungan ini pengaruh
cuaca diabaikan.
Saluran transmisi tegangan extra tinggi 500
kV untuk konfigurasi
sirkit ganda vertikal dari
Gandul – Cibinong diperlihatkan pada gambar 1.
Data Transmisi:
Tegangan sistem
: 500 kV
Konduktor phasa berkas
: ACSR, Dove
2
Luas penampang sub konduktor : 327,94 mm
Diameter sub konduktor
: 23,55 mm
Jarak antara sub konduktor
: 450 mm
Jumlah konduktor tiap berkas
: 4 buah
Jarak antar phasa (vertikal)
: 12,40 m
Jarak antar phasa(Horizontal)
: 11,67 m
Tinggi phasa diatas tanah pada travers : 32,122 m
2,43
2 4 ,9 2 2 M
11,246
12,40 M
12,40 M
13,288 M
11,246
32,122 M
1 1 ,6 7 M
Gambar 1. Menara saluran udara tegangan esktra
tinggi 500 kV konfigurasi sirkit vertikal
ganda
II. Hitungan Jari-jari Ekivalen Konduktor Berkas
Dari data diperoleh diameter sub-konduktor =
23,55 mm sehingga dapat dihitung jari-jari subkonduktornya yaitu (r) = D/2 = 23,55/2 = 11,775 mm
atau r = 0,011775 meter. Kondukor berkas dengan
n = 4, jarak antara sub-konduktor (s) = 450 mm =
0,450 meter diperlihatkan pada gambar 2 dibawah
ini.
S
S
Gambar 2. Konduktor berkas.
Jari-jari ekivalen Req dapat
menggunakan persamaan :
(n-1) 1/n
dihitung
dengan
Req = (r . n . A ) ……………………………... ( 1 )
Dimana : A = S/2 sin π/n
A1-11
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
A1-12
1/ 4
3

 0,450  
 
Req = 0,11775. 4 

 2 . 0,707  
III.
Perhitungan
Jarak
Konduktor Phasa
Ekivalen
d14
1
= 0,1974 m
Antar
Paa =
4
d1
 4Ya  ..................................................(
ln 

2π ε
 da 
1
5)
 ( Xa − Xb) 2 + (Ya + Yb) 2 
Pab =
ln 
2
2 
2π ε
 ( Xa − Xb) + (Ya − Yb) 
1
5
d 16
2
Untuk menghitung koefisien potensial (P) pada
menara saluran transmisi tegangan ekstra tinggi
yang mempunyai konfigurasi sirkit ganda vertikal
digunakan persamaan :
5
1/ 2
..................(6)
Selanjutnya perlu terlebih dahulu ditentukan sistem
koordinatnya seperti pada gambar dibawah ini :
+
3
6
Gambar 3. Konduktor berkas sirkit ganda vertikal.
Untuk menentukan besarnya jarak antara konduktor
digunakan persamaan :
Deq =
9
d 14 . d 15 . d 16 . d 24 . d 25 . d 26 . d 34 . d 35 . d 36 m ............(2)
Dimana : d14 = d25 = d36
Jarak antar konduktor berkas sirkit ganda vertikal
ditunjukkan pada gambar 3 diatas.
Sedangkan untuk menghitung
jarak antara
konduktor digunakan persamaan :
dij= x 2 + y 2 ...................................................( 3 )
Dimana : i = 1,2,3,4,.....................................n
J = 1,2,,3,4,...................................n
d15 = d24 = d25
d16 = d61 = d34, d12 = d21, d13 = d31
d14 = d41, d15 = d51, d23 = d32
d24 = d42, d25 = d52, d26 = d62
d34 = d43, d35 = d53, d36 = d63
d45 = d54, d46 = d64, d56 = d65
IV. Perhitungan Jarak Konduktor Terhadap
Bayangan dan Koefisien Potensial (P )
Dengan menggunakan persamaaan garis antara
dua titik dalam koordinat x dan y sebagai berikut :
Dija= ( xj + xi) 2 + ( yj − yi) 2 ................................... ( 4
)
Dimana : i = 1,2,3,.......................n,
j = 1,2,,3,.....................n,
Dengan aplikasi pograman matlab maka jarak
masing-masing konduktor (GMD) dalam satuan
meter dapat dihitung sebagai berikut :
D12a
D15a
D24a
D34a
D45a
=
=
=
=
=
D21a,
D51a,
D42a,
D43a,
D54a,
D13a
D16a
D25a
D35a
D46a
=
=
=
=
=
D31a, D14a = D41a
D61a, D23a = D32a
D52a, D26a= D62a
D53a, D36a = D63a
D64a, D56a= D65a
X ()
1
2
3
4
5
6
3
'2
'1
'
6
'5
'4
'
-
X (Tanah)
(+)
Gambar 4. Penampang konduktor vertikal sirkit
ganda dan bayangan
Besar koefisien potensial yang didapat dari hasil
perhitungan dengan menggunakan program matlab,
diperoleh matrik dengan enam baris dan enam
kolom.
Sedangkan invers matrik koefisien potensialnya
diperoleh dengan menggunakan persamaan :
-1
+
[ P ] = [ P] /[P]
V. Perhitungan
Muatan
(Q)
Pada
Tiap
Konduktor dan Kuat Medan Listrik (E) Pada
SUTET 500 kV Di Atas Permukaan Tanah
-1
Dengan menggunakan persamaan [ Q ]= [ P ] [ V ],
muatan (Q) yang ditimbulkan oleh tegangan fasa ke
netral Vj = VLL / 3 (cos φ + j Sin φ) Lc V
pada tiap konduktor pada saluran udara tegangan
ekstra tinggi 500 kV dapat dihitung.
Setelah dilakukan perhitungan dengan
menggunakan persamaan diatas, maka diperoleh
besarnya muatan :
Langkah-langkah yang dilkuakan dalam proses
perhitungan kuat medan listrik dengan program
komputer sebagai berikut :
1. Memasukan data dan konfigurasi sirkit vertical
ganda antara lain : jarak antar konduktor, tinggi
konduktor terhadap permukaan tanah,Req dan
sebagainya.
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
A1-13
Ea =
Qra + j Qia
2Ya
.
2
2π ε o
( X a − X N ) 2 + Ya
6. Menghitung kuat medan listrik dengan
ketinggian Hx yang berbeda-beda dari 8,5 m,
15 m, 20 m, 25 m, dan 28 m terhadap jarak (Lx)
yang berbeda-beda pula dari pusat referensi (
titik 0 ).
Langkah-langkah proses perhitungan kuat medan
listrik dengan program komputer dapat dinyatakan
dalam bentuk diagram alir seperti diperlihatkan pada
gambar 5.
VI. Kuat Medan Listrik Dengan Obyek Manusia
Dibawah SUTET 500 kV
Untuk menghitung kuat medan listrik (E)
maksimum yang dirasakan oleh manusia dibawah
SUTET 500 kV diambil besar arus hubung singkat
(Ihs) sebesar 0,9 mA, dengan besarnya kapasitansi
obyek terhadap tanah Cog = 100 pF, dengan tinggi
manusia diambil(h) = 1,75 m dan titik pusat massa ½
x tinggi manusia maka besar kuat medan listrik
dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
E=
Ihs
2πf . h.Cog
Kuat
2. Menghitung dan memeriksa data sumber kuat
medan listrik dan menghitung jarak bayangan.
3. Menghitung potensial tiap konduktor dan invers
potensial yang diperoleh hasil keluarannya.
4. Menghitung
besar
muatan
dengan
menggunakan hasil perhitungan yang diperoleh
dari nomor 2 dan 3 diatas.
5. Menghitung kuat medan listrik dengan
menggunakan persamaan
L
Gambar 6. Grafik kuat medan listrik SUTET 500 kV
dengan Hx =8,5 m, 10 m, 15 m, 20 m dan 25
m.
VII. Kuat Medan Listrik Dengan Obyek
Kendaraan Dibawah SUTET 500 kV
Jenis kendaraan yang melintas jalan raya diambil
kendaraan yang besar seperti truk gandengan.
Kendaraan ini mempunyai kapasitansi ketanah
sebesar 3000 pF dengan mempunyai ukuran
L=15,75 m, W= 2,4m dan H= 3,7m, sehingga luas
2
truk tersebut adalah 215 m , maka besar kuat
medannya(E) maksimum dapat dihitung dengan
persamaan (III.2) adalah :
E=
Ihs
2πf ε o . Aog
....................................(7)
Mulai
Baca Data
Hitung jarak
konduktor/GMD
Hitung potensial
menggunakan pers. III-11
dan III-12
Hitung invers matrik
potensial dengan
pers. III-9
Hitung besar muatan Q
pada tiap konduktor
dengan pers. III-10
Hitung besar kuat medan
listrik masing-masing fasa
dengan
Hx1=32,122m,Hx2=44,522
m,dan Hx3=56,922m dan
kuat medan total
Hitung kuat medan listrik
untuk ketinggian dari 8,5 m
s/d 25 m
Selesai
Gambar 5 Gambar alir diagram perhitungan kuat
medan listrik pada SUTET 500 kV.
Hasil perhitungan kuat medan listrik
sebelumnya untuk Ihs = 0,9 mA adalah E = 16,378
kV/m jika hanya manusia yang berada dibawah
SUTET 500 kV tersebut.
Untuk kendaraan besar E = 1,506 kV/m
berada diabwah SUTET 500 kV. Bila keduanya
berada dibawah SUTET 500 kV, maka terjadi
rangkaian paralel antara Cog untuk manusia dan Cog
untuk kendaraan, sehingga Ihs yang mengalir pada
kendaraan akan lebih besar dari pada manusia
karena Xc kendaraan lebih kecil dari Xc manusia.
Sehingga kuat medan listrik yang ditinjau sebesar E
< 16,378 kV/m. Pada grafik pada gambar 6 dapat
dilihat untuk tinggi kurva fasa 30 m, dengan E
maksimum adalah 10,513 kV/m, karena harga
tersebut mendekati dan lebih kecil di 16,378 kV/m
maka tinggi kawat fasa SUTET yang melintas jalan
raya adalah 27m.
VIII.
Hasil Perhitungan Kuat Medan Listrik
Kuat medan listrik maksimum
dari
permukaan tanah dan kuat medan listrik maksimum
yang diperbolehkan terhadap obyek dibawah
SUTET 500 kV dapat diperlihatkan pada tabel 1
dibawah ini.
Dari tabel tersebut dapat dilihat besar kuat
medan listrik maksimum pada permukan tanah
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
untuk beberapa ketinggian kawat fasa medan listrik
maksimum yang diperbolehkan obyek yang berada
dibawah SUTET 500kV.
VIII. Kuat Medan Listrik Pada Daerah Terbuka
Untuk daerah terbuka umumnya di luar
daerah perkotaan dan pada khususnya di lapangan
dengan tanaman-tanaman dan pohon-pohon yang
tidak tinggi. Dari pengalaman pengukuran kuat
medan listrik, luas ekivalen obyek pengumpulan
muatan, sehingga kuat medan listrik berkurang 7%
untuk kondisi obyek yang berukuran kecil dan
berkisar sampai 20% untuk obyek yang berukuran
besar. Untuk lapangan terbuka sama halnya dengan
perhitungan tinggi kawat fasa SUTET 500 kV yang
melintas jalan raya.
Bila obyeknya manusia, maka pengurangan
kuat medan listrik diambil sebesar 10%. Perhitungan
kuat medan dengan obyek manusia adalah sebesar
< 16,378 kV/m, maka untuk lapangan terbuka kuat
medan listrik (E) yang terjadi boleh lebih besar 10%
dari E = 16,378 kV/m yaitu sebesar E = 18,016
kV/m.
Setelah ditentukan besat kuat medan total
(ET), maka dapat dihitung besar (ET) dengan cara
yang sama seperti pada bagian VI diatas untuk
selanjutnya perhitungan secara simulasi dapat
dilakukan dan hasilnya diperoleh.
Tabel 1. Hasil Perhitungan ET maks. SUTET 500 kV dan
ET maks terhadap permukaan tanah bila manusia sebagai
obyek dengan besar arus yang tidak dirasakan.
Emaks SUTET 500 kV
pada permukaan tanah
Tinggi
kawat
fasa (m)
Fasa
Emaks
(kV/m)
8,5
10
15
20
25
2,1412
2,3494
3,3570
5,3528
10,613
Emaks yang diperbolehkan
bila obyek berada dibawah
SUTET 500 kV
Bila manusia Bila
berada di
kendaraan
dibawah
bawah
SUTET 500
SUTET
kV
(kV/m)
16,378
1,506
VI. KESIMPULAN
1. Arus hubung singkat (Ihs)yang aman adalah <
0,9 mA. Dengan menggunakan arus tersebut
dapat dihitung kuat medan listrik di bawah
SUTET 500 kV dan diperoleh sebesar 16,378
kV/m.
A1-14
2. Dari hasil pembahasan perhitungan kuat medan
listrik ET Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi
500 kV yang dilakukan dengan aplikasi software
matlab diperoleh ET sebesar 1,506 kV/m.
3. Dengan dilakukan simulasi perhitungan pada
SUTET 500 kV dengan pemilihan ketinggian
obyek dari tanah yang berbeda-beda dan tinggi
penghantar konduktor adalah 32,122 m, maka
diperoleh ketinggian obyek dari tanah yang
aman adalah 27 m dengan besar kuat medan
listriknya sebesar 15,898 kV/m. Bila ketinggian
obyek meningkat menjadi 28 m maka kuat
medan listrik diperoleh sebesar 20,586 kV/m,
yang akan membahayakan bagi obyek
(manusia) dibawahnya.
DAFTAR PUSTAKA
[1] D.W. Deno and L.E. Zaffanella, “Field Effects of
Overhead Transmission Lines and Stations”
IEEE Trans Vol. PAS-97, PP 1124-1131, 1978,
hal.331-419..
[2] K.J. Lioyd and H.M. Scheneider, “ Transmission
Line Reference book 345 kV and above/ second
Edition.Juli/Augus 1978
[3] Reilly J.P,, “Electric Field Induction on Soil Boats
and Vertical Poles IEEE Transactions on Power
Aparatur and Systems, Vol. PAS-97, PP 13731383, July/August 1978.
[4] Sinaga ST, “Study Batas Arus Impuls Yang
Membahayakan Manusia”, Departemen Elektro
Teknik ITB, 1979.
[5] Stevenson WD., Ir., “Analisis Sistem Tenaga
Listrik”, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1984.
[6] Iskamto E, SahalaI, TS. “ Perhitungan Kuat
Medan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi
500 kV”Majalah Energi & listrik 1984 di LMK.
[7] Hutahuruk T.S, “Transmisi Daya Listrik”, Jilid I,
Depar. Elektro Teknik ITB, 1985, hal. 34-56.
[8]
Dep. Pertambangan Dan Energi PLN
Proyek Induk Sistim Transmisi Tegangan
Ekstra Tinggi Dan Pusat Pengaturan Beban “
Extra High Voltage Project Consist of 500 kV
Transmission Project”, Substantion Project,
Load
Dispatching
Centre,
Departemen
Pertambangan Dan Energi, PLN-P2B, Jakarta,
Januari 1985.
[9] Kraus J.D, “Electromagnetics Fourth Edition” Mc
Graw-Hill, New York, 1991.
[10] Arisunandar A, “Teknik Tegangan Tinggi”
Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.
[11] Saadat, H, “Power System Analysis”, Mc GrawHill, Singapore, 1999.