S

32,1

22 M

12,4

0 M

12,4

0 M

13,2

88 M

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009

ANALISIS PROTEKSI PENGARUH MEDAN LISTRIK SALURAN TRANSMISI 500 KV

1A.Sofwan, 2 Sugianto, 3A.MultiJurusan Teknik Elektro, FTI Institut Sains Dan Teknologi Nasional, Jakarta

Email : 1) asof wan31@yahoo. com 2yant o_em i@yahoo. co. id, 3) m ult iabd@yahoo. com

ABSTRAKPaper 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 sebesar1,506 kV/m. Jarak aman Gelombang elektromagnetik pada SUTET terhadap manusia dihitungpada 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. PENDAHULUANPada 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.

11,246 2 4 , 9 2 2 M

1 1 , 6 7 M

Data Transmisi:Tegangan sistem : 500 kV Konduktor phasa berkas : ACSR, Dove Luas penampang sub konduktor : 327,94 mm

2

Diameter sub konduktor : 23,55 mmJarak antara sub konduktor : 450 mm Jumlah konduktor tiap berkas : 4 buah Jarak antar phasa (vertikal) : 12,40 mJarak antar phasa(Horizontal) : 11,67 mTinggi phasa diatas tanah pada travers : 32,122 m

II. Hitungan Jari-jari Ekivalen Konduktor BerkasDari data diperoleh diameter sub-konduktor =

23,55 mm sehingga dapat dihitung jari-jari sub- konduktornya 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.

Gambar 1. Menara saluran udara tegangan esktra tinggi 500 kV konfigurasi sirkit vertikal ganda

S

Gambar 2. Konduktor berkas.

Jari-jari ekivalen Req dapat dihitung dengan menggunakan persamaan :

Req = (r . n . A(n-1)

)1/n

……………………………... ( 1 ) Dimana : A = S/2 sin /n

A1-11

2

'

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-12

0,450Req = 0,11775. 4

3 1 / 4

= 0,1974 m

Untuk menghitung koefisien potensial (P) pada menara saluran transmisi tegangan ekstra tinggi

2.0,707 yang mempunyai konfigurasi sirkit ganda vertikal digunakan persamaan :

III. Perhitungan Jarak Ekivalen AntarKonduktor Phasa 1 4Ya ..................................................(Paa ln

d141 4

2 da 5)

Pab

1 ln

( Xa

2 ( Xa

Xb) 2

Xb) 2(Ya

(Ya

1 / 2Yb)

Yb) 2

..................(6)

2 5 Selanjutnya perlu terlebih dahulu ditentukan sistem koordinatnya seperti pada gambar dibawah ini :

+1 4

3 62 5

Gambar 3. Konduktor berkas sirkit ganda vertikal.

Untuk menentukan besarnya jarak antara konduktor digunakan persamaan :

3 6

X (-Deq = 9 m ............(2) 3 6 X (Tanah)

d14 . d15 . d16 . d 24 . d 25 . d 26 . d 34 . d 35 . d 36 )Dimana : d14 = d25 = d36

'

2Jarak antar konduktor berkas sirkit ganda vertikal

'

1ditunjukkan pada gambar 3 diatas.Sedangkan untuk menghitung jarak antara konduktor digunakan persamaan :

5'(+)

4'- '

dij= x 2 y2 ...................................................( 3 ) Gambar 4. Penampang konduktor vertikal sirkitganda dan bayangan

Dimana : i = 1,2,3,4,.....................................nJ = 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 TerhadapBayangan dan Koefisien Potensial (P

)Dengan menggunakan persamaaan garis antara

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 :

[ P ]-1

= [ P]+/[P]

V. Perhitungan Muatan (Q) Pada Tiap Konduktor dan Kuat Medan Listrik (E) Pada SUTET 500 kV Di Atas Permukaan Tanah

-1

dua titik dalam koordinat x dan y sebagai berikut : Dengan menggunakan persamaan [ Q ]= [ P ] [ V ],

Dija=

)

( xj xi) 2 ( yj yi) 2 ................................... ( 4muatan (Q) yang ditimbulkan oleh tegangan fasa ke

netral Vj = VLL / 3 (cos + j Sin ) Lc Vpada tiap konduktor pada saluran udara tegangan

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 = D21a, D13a = D31a, D14a = D41a

D15a = D51a, D16a = D61a, D23a = D32a

D24a = D42a, D25a = D52a, D26a= D62a

D34a = D43a, D35a = D53a, D36a = D63a

D45a = D54a, D46a = D64a, D56a= D65a

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.

Y

Ku

at

N a

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009 A1-13

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

Ea =Qra

j Qia .2Ya

2 o ( X a X ) 2 2

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 kVUntuk 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 ½x tinggi manusia maka besar kuat medan listrik

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 ObyekKendaraan 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 luastruk tersebut adalah 215 m

2, maka besar kuat

medannya(E) maksimum dapat dihitung dengan persamaan (III.2) adalah :

Ihs

dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :Ihs

E=2 f o . Aog

E =2 f . h.Cog

Mulai

....................................(7)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.

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

denganHx1=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.

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 ListrikKuat 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 A1-14

untuk beberapa ketinggian kawat fasa medan listrik maksimum yang diperbolehkan obyek yang berada dibawah SUTET 500kV.

VIII. Kuat Medan Listrik Pada Daerah TerbukaUntuk 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 kVpada permukaan tanah

Emaks yang diperbolehkanbila obyek berada dibawah

SUTET 500 kV

Tinggi kawat

fasa (m)

Fasa Emaks (kV/m)

Bila manusia berada di

bawahSUTET 500

kV

Bila kendaraandibawahSUTET (kV/m)

8,510152025

2,14122,34943,35705,352810,613

16,378 1,506

VI. KESIMPULAN1. Arus hubung singkat (Ihs)yang aman adalah <

0,9 mA. Dengan menggunakan arus tersebutdapat dihitung kuat medan listrik di bawah SUTET 500 kV dan diperoleh sebesar 16,378 kV/m.

2. Dari hasil pembahasan perhitungan kuat medan listrik ET Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi500 kV yang dilakukan dengan aplikasi softwarematlab diperoleh ET sebesar 1,506 kV/m.

3. Dengan dilakukan simulasi perhitungan padaSUTET 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 1373-1383, July/August 1978.

[4] Sinaga ST, “Study Batas Arus Impuls Yang Membahayakan Manusia”, Departemen Elektro Teknik ITB, 1979.

[5] Stevenson WD., Ir., “Analisis Sistem TenagaListrik”, Edisi Keempat, Erlangga, Jakarta, 1984.

[6] Iskamto E, SahalaI, TS. “ Perhitungan Kuat Medan Saluran Udara Tegangan Ekstra Tinggi500 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” McGraw-Hill, New York, 1991.

[10] Arisunandar A, “Teknik Tegangan Tinggi” Pradnya Paramita, Jakarta, 1994.

[11] Saadat, H, “Power System Analysis”, Mc Graw- Hill, Singapore, 1999.