5

BAB II

KAJIAN PUSTAKA

2.1 Tinjauan Mutakhir

Penelitian ini mengacu pada beberapa sumber dan tinjauan yang sudah

ada, dimana masing-masing penulis menggunakan metode dan simulasi yang

berbeda sesuai dengan permasalahan yang akan dibahas. Dari perbandingan

tersebut akan terlihat perbedaan penelitian dengan yang dilakukan penulis.

Penelitian pertama oleh Irwan Prasetyo (2004) yang meneliti tentang kuat

medan listrik sebelum pengoperasian saluran transmisi 150 kV Perean-Ubud

dengan menggunakan metode bayangan. Penelitian ini mendapatkan hasil

perhitungan kuat medan listrik tertinggi di pusat saluran, adalah sebesar 685,9392

V/m, dimana kuat medan listrik ini masih berada di bawah batas ambang yang

ditetapkan WHO yaitu sebesar 5 kV/m

Penelitian kedua oleh Irwan Hardika (2009) yang meniliti tentang

pengaruh bentuk konfigurasi saluran transmisi 500 kV dengan sirkit ganda

terhadap kuat medan listrik . Penelitian ini menyebutkan 3 variasi konfigurasi

saluran transmisi. Pada variasi konfigurasi saluran 1, variasi bentuk konfigurasi

yang dilakukan adalah dengan penambahan jarak cross arm masing-masing fasa.

Hasil yang didapatkan adalah kuat medan listrik berkurang 0,0574 kV/m jika

penambahan jarak cross arm masing-masing fasa sebesar 1 meter. Pada variasi

konfigurasi saluran 2, variasi bentuk konfigurasi yang dilakukan adalah dengan

penambahan jarak middle cross arm (fasa S) diperbesar, sedangkan upper cross

arm (fasa R) dan bottom cross arm (fasa T)tetap. Hasil yang didapatkan adalah

kuat medan listrik bertambah 0,0077 kV/m jika penambahan jarak middle cross

arm (fasa S) sebesar 1 meter. Pada konfigurasi saluran 3, variasi bentuk

konfigurasi yang dilakukan adalah dengan panjang bottom cross arm (fasa T)

diperpanjang 2 meter faripada fasa R dan middle cross arm (fasa S) diperpanjang

1 meter daripada fasa R, mengakibatkan nilai kuat medan listrik yang ditimbulkan

semakin berkurang 0,1768 kV/m.

6

Penelitian yang terakhir oleh Hendera Wahyudi (2015) yang menganalisis

karakteristik hasil perhitungan dan pengukuran kuat medan listrik pada saluran

transmisi 150 kV dengan konfigurasi horizontal. Metode yang digunakan dalam

penelitian ini dengan melakukan pengukuran medan listrik di titik terendah

konduktor saluran transmisi 150 kV, selanjutnya analisis dilakukan terhadap

perubahan karakteristik kuat medan listrik yang terjadi saat pengukuran.

Berdasarkan hasil pengukuran medan listrik akan mencapai nilai tertinggi pada

saat siang hari. Hasil pengukuran tertinggi kuat medan listrik terjadi di lokasi 3

sebesar 5387 V/m. Hasil perhitungan kuat medan listrik tertinggi berada di lokasi

3 sebesar 4040 V/m. Perbedaan karakteristik hasil pengukuran kuat medan listrik

di masing-masing titik pengukuran disebabkan oleh waktu pengukuran kuat

medan medan listrik di masing-masing titik pengukuran berbeda, sehingga

tegangan pada masing-masing fasa berubah-ubah, sedangkan saat perhitungan

nilai tegangan yang digunakan tidak berubah.

Berdasarkan ketiga penelitian di atas, maka dilakukan penelitian tentang

perhitungan kuat medan listrik di antara dua tiang transmisi untuk mengetahui

kuat medan listrik di sepanjang saluran antara dua tiang transmisi, dengan

mengukur ketinggian konduktor menggunakan alat dan cara yang sederhana.

Hasil perhitungan intensitas medan listrik akan digunakan untuk membuat

rekomendasi pembangunan rumah tinggal di bawah konduktor di sepanjang

saluran transmisi SUTT 150 kV konfigurasi horizontal, sehingga orang yang akan

membangun rumah di bawah saluran transmisi 150 kV konfigurasi horizontal

hanya perlu mengukur ketinggian konduktor dari permukaan tanah untuk

mengetahui berapa ketinggian rumah yang boleh dibangun agar paparan medan

listriknya sesuai dengan standar yang ditetapkan SNI 04-6918-2002.

2.2 Tinjauan Pustaka

2.2.1 Sistem Tenaga Listrik

Untuk keperluan penyediaan tenaga listrik diperlukan berbagai peralatan

listrik yang dihubungkan satu sama lain sehingga mempunyai inter relasi dan

secara keseluruhan membentuk suatu sistem tenaga listrik. Sistem tenaga listrik

7

yang dimaksud adalah sekumpulan pusat listrik dan gardu induk (pusat beban)

yang satu sama lain dihubungkan oleh jaringan transmisi sehingga merupakan

satu kesatuan interkoneksi. Proses penyaluran tenaga listrik dibagi menjadi tiga

bagian penting, yaitu Pembangkitan, Penyaluran (transmision) dan distribusi

(distribution) seperti pada gambar 2.1 :

Gambar 2.1 Tiga komponen utama dalam penyaluran tenaga listrik

(Sumber: Marsudi, 2006)

Tenaga listrik dibangkitkan dalam pusat - pusat listrik seperti PLTA,

PLTU, PLTG, PLTP, PLTGU dan PLTD kemudian disalurkan melalui saluran

transmisi setelah terlebih dahulu dinaikkan tegangannya oleh transformator penaik

tegangan yang ada di pusat pembangkit listrik. Saluran tegangan tinggi di

Indonesia mempunyai tegangan 150 kV yang disebut sebagai saluran udara

tegangan tinggi (SUTT) dan tegangan 500 kV yang disebut sebagai saluran udara

tegangan ekstra tinggi (SUTET). Tenaga listrik yang disalurkan melalui saluran

transmisi akan menuju ke Gardu Induk (GI) untuk diturunkan tegangannya

melalui transformator penurun tegangan menjadi tegangan menengah atau yang

juga disebut tegangan distribusi primer yang memiliki tegangan 20 kV.

2.2.2 Saluran Transmisi

Transmisi adalah proses penyaluran energi listrik dari satu tempat ke

tempat lainnya, yang besaran tegangannya dapat dibagi menjadi beberapa kelas,

yaitu: Tegangan Ultra Tinggi (UHV), Tegangan Ekstra Tinggi (EHV), Tegangan

8

Tinggi (HV), Tegangan Menengah (MHV), dan Tegangan Rendah (LV).

Sedangkan transmisi tegangan tinggi adalah sebuah proses penyaluran energi

listrik dari satu gardu induk ke gardu induk lainnya. Dimana dalam proses

penyaluran energi listrik tersebut terdiri dari konduktor yang direntangkan antara

tiang-tiang (tower) melalui isolator-isolator, dengan sistem tegangan tinggi.

Standar tegangan tinggi yang berlaku di Indonesia adalah : 30 KV, 70 KV dan

150 KV (Arismunandar, 1979).

2.2.2.1 Saluran Transmisi Berdasarkan Pemasangan

Berdasarkan pemasangannya, saluran transmisi dibagi menjadi dua

kategori, yaitu:

1. Saluran udara (overhead lines) adalah saluran transmisi yang menyalurkan

energi listrik melalui kawat-kawat yang digantung pada isolator antar menara

atau tiang transmisi. Keuntungan dari saluran transmisi udara adalah lebih

murah, mudah dalam perawatan, mudah dalam mengetahui letak gangguan,

mudah dalam perbaikan, dan lainnya. Namun juga memiliki kerugian, antara

lain: karena berada di ruang terbuka, maka cuaca sangat berpengaruh terhadap

keandalannya, dengan kata lain mudah terjadi gangguan, seperti gangguan

hubung singkat, gangguan tegangan lebih karena tersambar petir, dan

gangguan-gangguan lainnya. Dari segi estetika/keindahan juga kurang,

sehingga saluran transmisi bukan pilihan yang ideal untuk suatu saluran

transmisi didalam kota.

2. Saluran kabel tanah (underground cable) adalah saluran transmisi yang

menyalurkan energi listrik melalui kabel yang dipendam didalam tanah.

Kategori saluran transmisi seperti ini adalah yang favorit untuk pemasangan di

dalam kota, karena berada didalam tanah, maka tidak mengganggu keindahan

kota dan juga tidak mudah terjadi gangguan akibat kondisi cuaca atau kondisi

alam. Namun juga memilik kekurangan. Seperti: mahalnya biaya investasi dan

sulitnya menentukan titik gangguan dan perbaikannya.

9

2.2.2.2 Saluran Transmisi Berdasarkan Tegangan

1. Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET) 200 kV 500 kV

Pada umumnya digunakan pada pembangkitan dengan kapasitas di atas 500

MW. Tujuannya adalah agar drop tegangan dan penampang kawat dapat

direduksi secara maksimal, sehingga diperoleh operasional yang efektif dan

efisien. Permasalahan mendasar pembangunan SUTET adalah: konstruksi

tiang (tower) yang besar dan tinggi, memerlukan tapak tanah yang luas,

memerlukan isolator yang banyak, sehingga pembangunannya membutuhkan

biaya yang besar. Pembangunan transmisi ini cukup efektif untuk jarak 100

km sampai dengan 500 km.

2. Saluran Udara Tegangan Tinggi (SUTT) 30 kV 150 kV

Tegangan operasi antara 30 kV sampai dengan 150 kV. Konfigurasi jaringan

pada umumnya single atau double sirkuit, dimana 1 sirkuit terdiri dari 3 phasa

dengan 3 atau 4 kawat. Biasanya hanya 3 kawat dan penghantar netralnya

digantikan oleh tanah sebagai saluran kembali. Apabila kapasitas daya yang

disalurkan besar, maka penghantar pada masing-masing phasa terdiri dari dua

atau empat kawat (Double atau Qudrapole) dan Berkas konduktor disebut

Bundle Conductor.

2.2.3 Komponen Utama Saluran Transmisi

Saluran transmisi tenaga listrik memiliki beberapa komponen utama yang

terdiri dari:

2.2.3.1 Menara Transmisi atau Tiang Transmisi

Pada suatu Sistem Tenaga Listrik, energi listrik yang dibangkitkan dari

pusat pembangkit listrik ditransmisikan ke pusat-pusat pengatur beban melalui

suatu saluran transmisi, saluran transmisi tersebut dapat berupa saluran udara atau

saluran bawah tanah, namun pada umumnya berupa saluran udara. Energi listrik

yang disalurkan lewat saluran transmisi udara pada umumnya menggunakan

kawat telanjang sehingga mengandalkan udara sebagai media isolasi antara kawat

penghantar tersebut dengan benda sekelilingnya, dan untuk menyanggah atau

10

merentang kawat penghantar dengan ketinggian dan jarak yang aman bagi

manusia dan lingkungan sekitarnya, kawat-kawat penghantar tersebut dipasang

pada suatu konstruksi bangunan yang kokoh, yang biasa disebut menara atau

tower. Ada 2 jenis konstruksi menara SUTT yang biasa digunakan yaitu

konstruksi menara besi baja dan tiang beton seperti terlihat pada gambar 2.2.

Konstruksi menara besi baja merupakan jenis konstruksi SUTT ataupun

SUTET yang paling banyak digunakan di jaringan PLN, karena mudah dirakit

terutama untuk pemasangan di daerah pegunungan dan jauh dari jalan raya.

Penggunaan konstruksi menara besi baja perlu pengawasan yang intensif, karena

besi baja yang terdapat pada menara rawan terhadap pencurian sehingga

mengakibatkan menara listrik tersebut roboh, dan penyaluran energi listrik ke

konsumen menjadi terganggu.

(a) (b)

Gambar 2.2 Jenis konstruksi saluran transmisi tegangan tinggi (SUTT)

(a)Konstruksi tower besi baja (b)Konstruksi tiang beton

(Sumber : SPLN 121 : 1996)

2.2.3.2 Isolator

Jenis isolator yang digunakan pada saluran transmisi pada umumnya

adalah jenis porselin atau gelas yang berfungsi sebagai isolasi tegangan listrik

antara kawat penghantar dengan tiang. Macam-macam isolator yang digunakan

pada saluran udara tegangan tinggi adalah sebagai berikut :

11

1. Isolator piring

Isolator piring digunakan untuk isolator penegang dan isolator gantung,

dimana jumlah piringan isolator disesuaikan dengan tegangan sistem. Isolator

piring terdapat dua jenis, yaitu tipe clevis dan tipe ball-and-socket yang

masing-masing tebuat dari bahan poselin dengan tutup (cap) dari besi

tempahan (malleable iron).

Gambar 2.3 Isolator piring (a) tipe clevis (b) tipe ball-and-socket

(Sumber : SPLN 121 : 1996)

2. Isolator tipe post

Isolator tipe post digunakan sebagai tumpuan dan memegang bagi konduktor

diatasnya untuk pemasangan secara vertikal dan digunakan untuk memegang

dan menahan konduktor untuk pemasangan secara horisontal. Isolator tipe

post biasanya terpasang pada tower jenis pole atau pada tiang sudut untuk

sudut 5 sampai 15

Gambar 2.4 Isolator Tipe Post

(Sumber : SPLN 121 : 1996)

12

3. Isolator long rod

Isolator long rod adalah isolator porselen atau komposit yang digunakan untuk

beban tarik. Isolator jenis ini terdiri atas silinder porselin dengan kerutan-

kerutan dan ujung-ujungnya diperkuat dengan dua tutup logam yang

disemenkan. Diameter silinder porselin dipilih menurut kekuatan mekanis

yang dibutuhkan, kuat tariknya sekitar 130-140 kg/cm2. Pemakaian isolator

ini menghemat logam jika dibandingkan dengan isolator piring dan juga lebih

ringan. isolator long rod mempunyai rusuk yang sederhana, sehingga kotoran

yang melekat pada permukaan isolator mudah dicuci oleh hujan, sehingga

isolator jenis ini sesuai untuk daerah-daerah yang berpolusi.

Gambar 2.5 Isolator Long Rod

(Sumber : SPLN 121 : 1996)

2.2.3.3 Konduktor (Conductor)

Kawat konduktor ini digunakan untuk menghantarkan listrik yang

ditransmisikan. Kawat konduktor untuk saluran transmisi tegangan tinggi ini

selalu tanpa pelindung/isolasi, hanya menggunakan isolasi udara. Jenis Konduktor

yang dipakai antara lain:

1. Tembaga (Cu)

2. Alumunium (Al)

3. Baja (Steel)

Di Indonesia, jenis yang sering dipakai adalah jenis alumunium dengan

campuran baja. Jenis-jenis penghantar Aluminium antara lain:

1. AAC (All-Alumunium Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya

terbuat dari alumunium.

2. AAAC (All-Alumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang

seluruhnya terbuat dari campuran alumunium.

13

3. ACSR (Alumunium Conductor Steel-Reinforced) Conductor, Steel-

Reinforced), yaitu kawat penghantar alumunium berinti kawat baja. Pada

umumnya SUTT maupun SUTET menggunakan konduktor jenis ACSR.

Konduktor jenis ACSR merupakan kawat berupa steel yang mempunyai kuat

mekanik tinggi, sedangkan bagian luarnya mempunyai konduktifitas tinggi.

4. ACAR (Alumunium Conductor, Alloy-Reinforced), yaitu kawat penghantar

alumunium yang di perkuat dengan logam campuran.

2.2.3.4 Kawat tanah (ground wire)

Kawat tanah atau ground wires, juga disebut sebagai kawat pelindung

(shield wires) gunanya untuk melindungi kawat-kawat penghantar atau kawat-

kawat fasa terhadap sambaran petir. Jadi kawat tanah ini dipasang diatas kawat

fasa. Sebagai kawat tanah dipakai kawat baja (steel wires).

2.2.4 Andongan (Sag)

Beratnya kawat penghantar yang direntangkan antara dua tiang transmisi

mempunyai bentuk lengkung tertentu ( catenary curve ) yang dapat dinyatakan

oleh persamaan-persamaan tertentu. Andongan dan tegangan tarik pada suatu

rentang kawat penghantar antar menara dalam saluran udara dipengaruhi oleh

faktor-faktor sebagai berikut : berat kawat per satuan panjang, modulus elastisitas,

koefisien perubahan panjang, ultimate strength, diameter kawat, jarak antara dua

menara ( span ), dan kondisi lingkungan sekitar yang mungkin berpengaruh,

misalnya angin, es, debu, dan suhu. Berat efektif maksimum dari kawat

penghantar adalah jumlah vektor dari berat vertikal dan tekanan angin horisontal.

Nilai andongan dapat dicari dengan menggunakan pendekatan secara parabola

berikut : (SNI 04-6918-2002)

...................................................... 2.1

14

Nilai andongan atau lendutan dengan tinggi tiang yang tidak sejajar yang

diakibatkan oleh permukaan tanah yang tidak rata, dapat ditentukan dengan

persamaan berikut: (SPLN 121-1996)

(

)

................................... 2.2

Dimana :

D = Andongan (m)

Do = Andongan dengan tinggi tiang yang tidak sejajar

T = Horisontal Tension (Kg)

w = Berat kawat (Kg/m)

S = Jarak antar dua menara/span (m)

H = Beda tinggi tiang (m)

(a) (b)

Gambar 2.6 Andongan atau Lendutan (a) Tiang yang tingginya sejajar

(b) Tiang yang tingginya tidak sejajar

(Sumber : SPLN 121 : 1996)

2.2.5 Jarak Antar Kawat

Jarak antar kawat konduktor dipengaruhi oleh beberapa hal, terutama hal-

hal mekanis dari kawat konduktor. Bahan material dan diameter konduktor harus

diperhatikan dalam perhitungan, karena untuk konduktor yang kecil, khususnya

yang terbuat dari aluminium, memiliki berat yang lebih ringan, sehingga jika

terdapat tekanan angin akan lebih mengayun secara vertical dibandingkan dengan

15

konduktor dengan luas penampang yang lebih besar dan bahan yang lebih berat.

Konduktor akan mengayun secara sinkron dengan angin, tetapi untuk span yang

panjang dan kawat yang kecil, ada kemungkinan konduktor mengayun dengan

tidak sinkron, dan ukuran konduktor serta andongan maksimum pada titik tengah

span adalah faktor yang harus diperhitungkan dalam menentukan jarak antar

kawat konduktor. Perhitungan jarak minimum antar kawat konduktor yang telah

berhasil dalam pengujiannya, salah satu diantaranya adalah metode perhitungan

menurut VDE (Verbandes Deutscher Electrotechnischer) adalah sebagai berikut:

............................. 2.3

Dimana:

a = Jarak antar kawat dalam cm

V = Tegangan dalam kV

D = Andongan dalam cm

2.2.6 Ruang Bebas dan Jarak Bebas Minimum Vertikal dan Horizontal Pada

SUTT dan SUTET

2.2.6.1 Jarak Bebas Minimum Vertikal Pada SUTT dan SUTET

Jarak bebas minimum vertikal merupakan jarak terpendek secara vertikal

antara konduktor SUTT atau SUTET dengan permukaan bumi atau benda di atas

permukaan bumi yang tidak boleh kurang dari jarak yang telah ditetapkan demi

keselamatan manusia, makhluk hidup dan benda lainnya serta keamanan operasi

SUTT dan SUTET. Jarak bebas minimum vertikal pada SUTT dan SUTET

berdasarkan SNI 04-6918-2002 dapat dilihat pada tabel 2.1.

16

Tabel 2.1 Jarak Bebas Minimum Vertikal Dari Konduktor (C) Berdasarkan SNI 04-6918-2002

No

Lokasi

SUTT SUTET

66 kV

(m)

150 kV

(m)

275 kV

(m)

500 kV

(m)

1

2

Catatan :

a jarak bebas minimum vertikal dihitung dari permukaan bumi atau permukaan jalan/

rel.

b jarak bebas minimum vertikal dihitung sampai titik tertinggi / terdekatnya

2.2.6.2 Jarak Bebas Minimum Horizontal Pada SUTT dan SUTET

Jarak bebas minimum horizontal merupakan jarak terpendek secara

horizontal dari sumbu vertikal menara atau tiang ke bidang vertikal ruang bebas.

Ruang bebas adalah ruang yang dibatasi oleh bidang vertikal dan horizontal di

sekeliling dan di sepanjang konduktor SUTT atau SUTET di mana tidak boleh ada

1

2

Lapangan terbuka atau

daerah terbuka a

7,5 8,5 10,5 12,5

2.1

.

Daerah dengan keadaan

tertentu Banunan 4,5 5,0 7,0 9,0

2.2

.

Bangunan, jembatan b

Tanaman / tumbuhan,

hutan. 4,5 5,0 7,0 9,0

2.3

.

Perkebunan b 8,0 9,0 11,0 15,0

2.4

.

Jalan/jalan raya/ rel

kereta api a 12,5 13,5 15,0 18,0

2.5

.

Lapangan umum a

SUTT lain, saluran udara

tegangan menengah

(SUTM), saluaran udara 3,0 4,0 5,0 8,5

2.6

.

Komunikasi,antenna dan kereta gantung b Titik

tertinggi tiang kapal pada

kedudukan air pasang /

tertinggi pada lalu lintas air b

3,0 4,0 6,0 8,5

17

benda di dalamnya demi keselamatan manusia, makhluk hidup dan benda lainnya

serta keamanan operasi SUTT dan SUTET

Tabel 2.2 Jarak Bebas Minimum Horizontal Dari Sumbu Vertikal Menara Atau Tiang

Berdasarkan SNI 04-6918-2002

No

Saluran Udara

Jarak dari sumbu

vertical menara /

tiang ke

konduktor

L

(m)

Jarak

horizontal

akibat

ayunan

konduktor

H

(m)

Jarak bebas

impuls petir

(untuk SUTT)

atau jarak

bebas impuls

switsing (untuk

SUTET)

I

(m)

Total

L+H+i

(m)

Pembulatan

(m)

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

SUTT 66 kV tiang baja

SUTT 66 kV tiang beton

SUTT 66 kV menara

SUTT 150 kV tiang baja

SUTT 150 kV tiang

beton

SUTT 150 kV menara

SUTET 275 kV sirkit

ganda

SUTET 500 kV sirkit

tunggal

SUTET 500 kV sirkit

ganda

1,80

1,80

3,00

2,25

2,25

4,20

5,80

12,00

7,30

1,37

0,68

2,74

2,05

0,86

3,76

5,13

6,16

6,16

0,63

0,63

0,63

1,50

1,50

1,50

1,80

3,10

3,10

3,80

3,11

6,37

5,80

4,61

9,46

12,73

21,26

16,56

4,00

4,00

7,00

6,00

5,00

10,00

13,00

22,00

17,00

2.2.6.3 Ruang Bebas Pada SUTT dan SUTET

Ruang bebas adalah daerah yang dibentuk oleh jarak bebas minimum

vertikal dan horizontal pada SUTT dan SUTET, dimana pada daerah inilah

18

manusia, makhluk hidup atau bangunan tidak boleh ada di dalamnya. Gambar 2.9

merupakan gambar yang menunjukan letak ruang bebas pada SUTT dan SUTET.

Gambar 2.7 Ruang Bebas Pada SUTT dan SUTET

(Sumber: SNI 04-6918-2002)

2.2.7 Medan Listrik

2.2.7.1 Pengertian Medan Listrik

Medan listrik adalah daerah di sekitar benda bermuatan listrik yang masih

mengalami gaya listrik. Jika muatan lain berada di dalam medan listrik dari

sebuah benda bermuatan listrik, muatan tersebut akan mengalami gaya listrik

19

berupa gaya tarik atau gaya tolak-menolak. Medan listrik adalah gaya listrik per

satuan muatan. Karena gaya listrik mengikuti prinsip superposisi secara vektor,

demikian juga yang terjadi pada medan listrik. Hal ini berarti kuat medan listrik

dari beberapa muatan titik adalah jumlah vektor kuat medan listrik dari masing

masing muatan titik. Sehingga kuat medan listrik dari beberapa muatan titik

adalah jumlah vektor kuat medan listrik dari masing masing muatan titik.

Suatu titik dikatakan berada dalam medan listrik apabila suatu benda yang

bermuatan listrik ditempatkan pada titik tersebut akan mengalami gaya listrik.

Untuk memvisualisasikan medan listrik, dilakukan dengan menggambarkan

serangkaian garis untuk menunjukkan arah medan listrik pada berbagai titik di

ruang, yang disebut garis-garis gaya listrik seperti yang ditunjukan pada gambar

2.7.

Gambar 2.8. (a) Garis Gaya Listrik bermuatan Positif (b) Garis Gaya Listrik Bermuatan Negatif

(Sumber : Halliday dkk, 1986)

Gambar a merupakan partikel bermuatan positif. Garis-garis yang keluar

dari partikel a disebut dengan medan listrik. Arah medan listrik pada gambar a

keluar dari partikel bermuatan positif. Pada gambar b, merupakan partikel

bermuatan negatif, sama dengan gambar a garis-garis yang ada pada gambar b

merupakan medan listrik. Perbedaanya dengan partikel bermuatan positif, arah

medan listrik pada partikel bermuatan negatif menuju pusat arah partikel.

2.2.7.2 Hukum Eksperimental Coulomb

Charles Augustin Coulomb (1736-1806), adalah orang yang pertama kali

yang melakukan percobaan tentang muatan listrik statis. Dari hasil percobaannya

dapat diturunkan rumus matematika untuk medan listrik, yaitu gaya yang terdapat

20

di antara dua buah objek yang sangat kecil, berada di dalam ruang hampa dan

saling dipisahkan oleh jarak yang relative besar dibandingkan ukurannya

sebanding dengan muatan pada masing masing objek dan berbanding terbalik

dengan kuadrat jarak antara keduanya yang dapat dirumuskan dalam bentuk

persamaan 2.4 (Hayt 1982) :

.................................................. 2.4

Dimana Q1 dan Q2 adalah nilai nilai positif atau negatif muatan listrik

pada kedua objek, R adalah jarak antara kedua objek, dan k adalah sebuah

konstanta kesebandingan. Apabila kita menggunakan Sistem Satuan Internasional

(SI), maka Q dinyatakan dalam Coulomb (C), R dalam meter (m) dan gaya diukur

dalam Newton (N). Konsistensi satuan ini dapat dicapai jika konstanta

kesebandingan K adalah (Hayt 1982) :

..................................................... 2.5

Faktor muncul pada bagian pembagi (denominator) dari persamaan

Hukum Coulomb, namun tidak akan muncul pada persamaan persamaan yang

lebih sering digunakan (termasuk persamaan Maxwell), yang akan diturunkan

dengan bantuan hukum Coulomb ini. Konstanta disebut seabgai permitivitas

ruang hampa, permitivitas ruang hampa nilainya mendekati permitivitas ruang

udara. Permitivitas ruang hampa memiliki magnitude yang dinyatakan dalam

farad per meter (F/m) sebesar (Hayt 1982) :

Gaya merupakan besaran vektor, oleh sebab itu, gaya memiliki besar dan

arah. Jika Persamaan 2.4 ditulis sebagai persamaan vektor dengan

mensubstitusikan nilai k, maka diperoleh (Hayt 1982):

.................................................. 2.6

21

Persaman 2.6 merupakan persamaan vektoris Hukum Coulomb secara lengkap

dalam satuan SI. Arah gaya yang timbul pada muatan listrik mengikuti arah garis

yang menghubungkan kedua muatan tersebut dan juga ditentukan oleh kedua jenis

muatan tersebut, seperti yang tergambar pada gambar 2.9. Pada gambar 2.10(a),

gaya mengarah ke luar (gaya tolak) jika kedua muatan sejenis, gambar 2.10(b),

gaya mengarah ke dalam (gaya tarik) jika kedua muatan berbeda jenis.

(a)

(b)

Gambar 2.9 Arah Gaya Pada Muatan Listrik Yang Saling Berdekatan (A) 2 Muatan Yang

Sejenis, (B) 2 Muatan Yang Berlawanan Jenis.

2.2.7.3 Intensitas Medan Listrik

Sebuah muatan Q1 yang diam di suatu titik dan menggerakan sebuah

muatan lainnya secara perlahan lahan mengelilinginya, maka dapat diketahui

bahwa di setiap titik di sekitar Q1 ada gaya yang akan bekerja pada muatan kedua.

Dengan kata lain, muatan kedua mengungkapkan keberadaan sebuah medan gaya

di ruang sekitar Q1.

Gambar 2.10 Vektor Medan Gaya Suatu Muatan Titik.

22

Sebut saja muatan kedua ini sebagai muatan uji Qt. Gaya yang bekerja pada

muatan uji ini diberikan oleh Hukum Coulomb sebagai (Hayt 1982):

........................................ 2.7

Menuliskan gaya ini sebagai gaya yang dikerahkan pada setiap muatan listrik

sebesar satu satuan, sehingga didapatkan :

......................................... 2.8

Kuantitas di ruas kanan pada persamaan 2.8 merupakan fungsi yang besar dan

arahnya ditentukan oleh Q1 dan vektor yang mempresentasikan jarak dari Q1 ke

posisi muatan uji. Fungsi ini mendefinisikan medan vektor yang disebut sebagai

intensitas medan listrik.

Intensitas medan listrik, dengan demikian menjabarkan gaya yang dialami

oleh sebuah muatan uji bernilai satu satuan muatan positif. Intensitas medan listrik

dilambangkan dengan huruf E dan dalam satuan SI medan listrik diukur dalam

satuan Newton per Coulomb (N/C) dan satuan lain yang sering digunakan adalah

volt per meter (V/m) sehingga dalam persamaan dapat ditulis sebagai berikut

(Hayt 1982) :

............................... 2.9

Berdasarkan persamaan 2.9, muatan titik Q1 dikelilingi oleh suatu medan listrik

dengan intensitas sebesar E yang sebanding dengan besar Q1 dan berbanding

terbalik terhadap kuadrat jarak (R2). Intensitas medan listrik E merupakan sebuah

vektor yang memiliki arah yang sama dengan arah gaya F tetapi berbeda dimensi

dan besarnya (magnitude).

2.2.7.4 Medan Listrik Oleh Sebuah Muatan Garis

Persamaan kuat medan yang dihasilkan oleh suatu muatan garis

digunakan untuk menghitung besar kuat medan listrik yang timbul di sekitar

23

konduktor silinder, karena pada konduktor silinder muatan listrik terdistribusi

secara merata di sepanjang konduktor. Misalkan suatu muatan sebesar Q

terdistribusi secara merata di garis tipis sepanjang 2a dengan titik tengahnya

berada di titik pusat, seperti terlihat pada gambar 2.11.

Gambar 2.11 Muatan Garis Sepanjang 2a

Kerapatan muatan L (muatan per satuan panjang) dirumuskan dengan:

....................................................... 2.10

Dimana dalam satuan Coulomb per meter ketika Q dalam Coulomb dan a

dalam meter. Pada titik P di sumbu r, medan listrik dE akibat sebagian kecil dari

muatan garis dz dirumuskan dengan:

............................................... 2.11

Dimana dan vektor satuan ke arah I. Karena sumbu z pada

Gambar 2.11 merupakan sumbu simetri, medan hanya memiliki komponen z dan

r, sehingga:

24

..................................... 2.12

Dan

..................................... 2.13

Resultan atau total komponen Er pada sumbu r diperoleh dengan cara

mengintegrasikan persamaan 2.14 sepanjang keseluruhan garis, yaitu :

.................. 2.14

Dan hasilnya adalah :

.................................... 2.15

Secara simetri, resultan dari komponen pada suatu titik di sumbu r nilainya

nol, sehingga total medan E pada titik di sumbu r arahnya radial dan besarnya :

| |

....................... 2.16

Persamaan ini menyatakan medan sebagai fungsi r pada suatu titik di sumbu r

untuk muatan garis sepanjang 2a dan kerapatan medan yang uniform.

Muatan garis pada gambar 2.11, apabila diperpanjang sampai tak terhingga

ke arah positif dan negatif dari sumbu Z dan pembilang dan penyebut pada

persamaan 2.16 dibagi dengan a dan nilai tak berhingga disubstitusikan ke a,

maka diperoleh intensitas medan listrik akibat muatan garis yang panjangnya tak

berhingga, yaitu :

| |

.................................... 2.17

2.2.7.5 Beda Potensial Listrik

Beda potensial (V) didefinisikan sebagai kerja yang dilakukan (oleh suatu

sumber eksternal) dalam memindahkan sebuah muatan satuan positif dari satu

25

titik ke titik lainnya di dalam medan listrik. Dalam perhitungan medan listrik,

beda potensial antara konduktor dengan muatan di luar konduktor dikatakan

sebagai V21 yang berarti energi yang diperlukan per satuan muatan untuk

memindahkan sebuah muatan dari r2 menuju r1.

Gambar 2.12 Medan listrik Pada Konduktor Silinder

Misalkan r2 > r1, maka beda potensial ini merupakan integral garis Er dari r2

menuju r1. Potensial di r1 akan lebih tinggi daripada potensial di r2, jika muatan

garisnya positif, Maka:

Atau

[ ]

......................... 2.18

2.2.7.6 Perhitungan Medan Listrik di Sekitar Konduktor Silinder Pada

Saluran Transmisi

Nilai kuat medan listrik yang ditimbulkan oleh saluran transmisi tidak

diperbolehkan melebihi nilai ambang batas yang telah ditentukan sehingga tidak

membahayakan dan memberikan dampak yang merugikan bagi masyarakat dan

lingkungan yang berada di sekitar saluran transmisi tersebut.

26

Untuk memperoleh persamaan untuk mendapatkan nilai intensitas medan

listrik di sekitar konduktor silinder, maka Persamaan 2.17 dan 2.18

disubstitusikan. Persamaan 2.17 menyatakan bahwa:

Maka :

Misalkan titik uji berada pada jarak x dari pusat lingkaran, maka persamaan di

atas menjadi:

................................................ 2.19

Persamaan 2.19 ini kemudian disubstitusikan ke Persamaan 2.18, sehingga

diperoleh:

Maka :

................................................ 2.20

Persamaan 2.20 inilah yang akan digunakan untuk menghitung kuat medan listrik

di sekitar konduktor silinder. Gambar 2.13 merupakan gambar ilustrasi

perhitungan intensitas medan listrik di sekitar konduktor silinder pada saluran

transmisi konfigurasi horizontal, Untuk lebih mudah memahami persamaan 2.20

dapat melihat pada gambar 2.13.

27

Gambar 2.13 Ilustrasi Perhitungan Kuat Medan Listrik

Dimana:

Ex = Kuat medan listrik di titik x (kV/m)

V21 = Tegangan (kV)

XR = Jarak titik x terhadap konduktor R (m)

r2 = Jarak konduktor terhadap tanah (m)

r1 = Jari-jari kawat konduktor (m)

2.2.7.7 Prinsip Superposisi Medan Listrik

Untuk mencari intensitas medan listrik (E) yang dihasilkan oleh

sekumpulan muatan titik yaitu dapat dilakukan dengan menghitung En yang

dihasilkan oleh setiap muatan titik yang diberikan dengan menganggap seakan

seakan tiap muatan tersebut adalah satu satunya muatan yang hadir, setelah itu

medan medan listrik yang telah dihitung secara terpisah ini dijumlahkan secara

vektor untuk mencari resultan medan E pada titik tersebut yang dapat dilihat

dalam persamaan berikut :

..................... 2.21

Persamaan 2.23 merupakan rumus aplikasi prinsip superposisi dalam

medan listrik yang dapat dinyatakan sebagai total atau resultan medan pada suatu

28

titik adalah penjumlahan vektoris dari tiap tiap komponen medan pada titik

tersebut. Berdasarkan gambar 2.15 intensitas medan listrik pada titik P akibat

muatan Q1 adalah E1 dan akibat muatan Q2 adalah E2. Total medan listrik pada titik

P akibat kedua muatan titik merupakan penjumlahan vektoris dari E1 dan E2, atau

E.

Gambar 2.14 Prinsip Superposisi Pada Medan Listrik.

2.2.8 Standar Ambang Batas Medan Listrik

2.2.8.1 Berdasarkan SPLN-112-1994

Berdasarkan SPLN-112-1994 pada Pasal 3 mengenai ambang batas kuat

medan listrik dan induksi medan magnet untuk melindungi manusia bahwa

ambang batas nilai efektif kuat medan listrik (Eb) secara terus menerus adalah Eb

= l0 kV/m. Diukur/dihitung pada ketinggian 1 meter di atas permukaan tanah pada

medan yang tidak terganggu. Serta ambang batas nilai efektif induksi medan

magnet (Bb) secara terus menerus adalah Bb = 0,5 mT. Diukur/dihitung pada

ketinggian 1 m di atas tanah pada medan yang tidak terganggu.

2.2.8.2 Berdasarkan Rekomendasi SNI 04-6950-2003

Badan Standarisai Nasional tentang Saluran Udara Tegangan Tinggi

(SUTT) dan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi (SUTET)- Nilai Ambang

Batas Medan Listrik dan Medan Magnet. Standar ini berlaku sebagai pedoman

untuk menetapkan ruang batas dan jarak bebas minimum pada Saluran Udara

Tegangan Tinggi (SUTT) dan Saluran Udara Tegangan EkstraTinggi (SUTET).

Standar ini berlaku untuk SUTT dengan tegangan nominal 66 kV dan 150 kV

29

serta SUTET dengan tegangan nominal 275 kV dan 500 kV di Indonesia, balk

dengan menggunakan menara baja maupun tiang baja/beton.

Tabel 2.3 Rekomendasi SNI 04-6950-2003 Untuk Batas Pemaparan Terhadap Medan Listrik Dan

Medan Magnet Yang Berlaku Pada Lingkungan Kerja Dan Umum Untuk Frekuensi 50/60 Hz

Klasifikasi

Kuat Medan Listrik Kuat Medan Magnit

(kV/m) (mT)

Yang berhubungan

dengan pekerjaan

Seluruh hari kerja 10 0.5

Jangka pendek 30 a)

5 b)

Hanya pada lengan - 25

Yang berhubungan

dengan masyarakat umum

Sampai 24 jam/hari c)

5 0.1

Beberapa jam/harid)

10 1

Catatan:

a. Durasi pemaparan untuk kuat medan listrik antara 10-30 kV/m dapat dihitung dengan rumus : t 80/ E dimana t = lama exposure (jam) dan E = Kuat medan listrik (kV/m)

b. Durasi pemaparan maksimum per hari adalah 2 jam

c. Pembatasan ini berlaku untuk ruang terbuka dimana anggota masyarakat umum dapat secara wajar diperkirakan menghabiskan sebagian besar waktu selama satu

hari, seperti misalnya kawasan rekreasi, lapangan untuk bertemu dan lain-lain

yang semacam itu.

d. Nilai kuat medan listrik dan kuat medan magnet dapat dilampaui untuk durasi beberapa menit/hari asalkan diambil tindakan pencegahan untuk mencegah efek

kopling tak langsung.

2.2.8.3 Berdasarkan Rekomendasi WHO 1990

WHO pada tahun 1990 memberikan rekomendasi untuk nilai ambang

batas medan listrik seperti terlihat pada tabel 2.2 berikut:

30

Tabel 2.4 Nilai Ambang Batas Medan Listrik Berdasarkan Rekomendasi WHO 1990

Intensitas Medan Listrik Lama Exposure per 24 jam

(kV/m) yang diperbolehkan (menit)

5 Tidak Terbatas

10 180

15 90

20 10

25 5

Bagi masyarakat umum, WHO 1990 merekomendasikan tingkat

pemaparan maksimum adalah 5 kV/m untuk medan listrik.

2.2.9 Pengukuran Tinggi Benda ke Permukaan Tanah

Pengukuran tinggi suatu benda ke permukaan tanah dapat dilakukan

menggunakan clinometer. Clinometer merupakan alat untuk mengukur ketinggian

suatu benda yang bekerja dengan mengukur sudut elevasi yang dibentuk antara

garis datar dengan sebuah garis yang menghubungkan sebuah titik pada garis

datar tersebut dengan titik puncak suatu obyek. Clinometer dapat dibuat secara

sederhana dengan menggunakan alat alat sebagai berikut :

1. Busur derajat

2. Tali benang / senar

3. Bandul dari kayu atau besi

Cara untuk membuat clinometer sederhana yaitu dengan mengkaitkan bandul

dengan benang di tengah-tenggah busur derajat seperti terlihat pada gambar 2.15.

Gambar 2.15 Clinometer Sederhana

31

Berikut adalah ilustrasi mengukur ketinggian suatu benda dengan

menggunakan clinometer sederhana :

Gambar 2.16 Ilustrasi Pengukuran Tinggi Suatu Benda Menggunakan Clinometer.

Keterangan gambar :

= Sudut elevasi yang di bentuk oleh clinometer terhadap benda yang diukur

ketinggiannya.

d = Jarak antara pengamat dengan benda yang diukur ketinggiannya.

h = Tinggi pengamat dari permukaan tanah sampai ke mata.

H = Tinggi benda yang dihitung menggunakan persamaan 2.15.

Sesuai dengan gambar 2.16 untuk mendapatkan tinggi benda dari

permukaan tanah dilakukan dengan cara menjumlahkan h dengan H. H didapatkan

dari data antara pengamat dengan benda yang diukur ketinggiannya (d) dan sudut

elevasi yang di bentuk oleh clinometer terhadap benda yang diukur ketinggiannya

( ) yang dihitung menggunakan persamaan 2.22.

............................................ 2.22

............................. 2.23

2.10 Kesalahan Dalam Pengukuran

Dalam proses pengukuran ada tiga faktor yang terlibat, yaitu alat ukur,

benda ukur dan orang yang melakukan pengukuran. Hasil pengukuran tidak

mungkin mencapai kebenaran yang absolut karena keterbatasan dari berbagai

32

macam faktor. Menentukan kepresisian suatu alat ukur dapat dilakukan dengan

mencari nilai kesalahan literatur dan kesalahan relatif dalam suatu pengukuran.

2.10.1 Kesalahan Literatur

Dalam suatu percobaan, kesalahan data yang melenceng dari literatur

merupakan hal yang pasti terjadi. Kesalahan literatur adalah suatu penilaian

seberapa besar data hasil percobaan tersebut presisi terhadap data literatur yang

seharusnya (Darojat, 2008).

................... 2.24

2.10.2 Kesalahan Relatif

Kesalahan relatif adalah suatu tingkat kesalahan pada suatu pengujian

yang berulang, dimana hasil pengujian pada tiap nomor pengujian tidak mungkin

akan selalu berada pada garis lurus atau nilai tetap, melainkan pasti ada suatu

penyimpangan hasil pengujian atau dengan nama lain adalah standar deviasi. Nilai

standar deviasi pada pengujian ini digunakan untuk mengetahui nilai

penyimpangan data pada setiap pengujian. Standar deviasi pada pengukuran dapat

dihitung dengan menggunakan persamaan 2.25.

......................................... 2.25

Dalam suatu pengujian, kesalahan merupakan suatu hal pasti. Kesalahan

relatif didapat dari pembagian antara standar deviasi dengan nilai rata-rata.

Kesalahan biasanya diungkapkan dalam persen (%), maka hasil pembagian

tersebut dikalikan dengan 100%.

.............................................. 2.26