Upload
ledung
View
219
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
DISTRIBUSI TEGANGAN PADA ISOLATOR RANTAI
III.1. Umum
Dua konduktor yang dipisahkan oleh suatu dielektrik merupakan suatu
susunan kapasitor. Satu unit isolator hantaran udara ditunjukkan pada Gambar 3.1.
Isolator tersebut membentuk suatu susunan konduktor-dielektrik-konduktor. Oleh
karena itu suatu isolator dapat dianggap merupakan suatu kapasitor.
Gambar 3.1. Ekivalensi suatu unit isolator hantaran udara
III.2. Kapasitansi Yang Dihasilkan Isolator Rantai
Isolator rantai yang digunakan pada transmisi tegangan tinggi hantaran udara
adalah isolator seperti pada Gambar 3.1. Pada gambar tersebut terlihat adanya
susunan logam-dielektrik-logam yang membentuk susunan sebuah kapasitor. Untaian
isolator tersebut akan menghasilkan tiga jenis kapasitansi, yaitu:
a. Kapasitansi masing-masing elemen isolator (C).
b. Kapasitansi antara sambungan isolator dengan menara transmisi atau bumi (Ce).
c. Kapasitansi antara sambungan isolator dengan konduktor tegangan tinggi (Ch).
Gambar 3.2. Susunan isolator rantai transmisi hantaran udara
Oleh karena itu, isolator rantai dapat dianggap merupakan susunan dari
beberapa unit kapasitor yang terhubung seri maupun paralel seperti ditunjukkan pada
Gambar 3.3.
19
Gambar 3.3. Bagian-bagian isolator rantai yang membentuk susunan kapasitor
III.3. Distribusi Tegangan dengan Mengabaikan Ce dan Ch
Pada suatu untaian isolator yang panjang, tegangan tidak didistribusikan
secara merata, hal ini disebabkan oleh karena pengaruh kapasitansi Ce dan Ch.
Dengan adanya kapasitansi Ce dan Ch maka arus bocor tidak seluruhnya melewati tiap
elemen, namun akan ada arus bocor yang menuju struktur menara dan ke sambungan
antara isolator. Dengan mengabaikan kapasitansi antara sambungan isolator rantai
dengan tanah (Ce) dan kapasitansi antara sambungan isolator rantai dengan konduktor
fasa (Ch), maka akan sama keadaannya kalau isolator tersebut dikenakan tegangan
searah. Dalam tegangan searah, tegangan sepanjang untai isolator didistribusikan
secara merata. Dengan demikian pada rantai isolator tersebut mengalir arus bocor dan
tegangan pada satu elemen dari isolator rantai adalah arus bocor pada isolator
20
tersebut dikalikan dengan tahanan tiap isolator. Rangkaian pengganti dari untaian
isolator ini terlihat seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4. Rangkaian pengganti isolator rantai dengan mengabaikan Ce dan Ch
Elemen dari isolator rantai adalah sama sehingga distribusi tegangan pada
setiap elemen isolator adalah sama.
……….............................. (3.1)
.............................................................................. (3.2)
dimana: Vx = tegangan pada elemen ke-x dari isolator rantai yang ditinjau
V = tegangan total yang dikenakan pada isolator
n = jumlah elemen pada suatu isolator rantai
21
III.4. Distribusi Tegangan dengan Memperhitungkan C dan Ce
Dalam keadaan isolator dibebani tegangan akan timbul medan listrik diantara
sambungan isolator dengan sambungan isolator yang lain, antara sambungan isolator
dengan menara, dan antara sambungan isolator dengan kawat fasa.
Dibandingkan dengan besarnya kapasitansi masing-masing elemen isolator
(C), besarnya Ce jauh lebih kecil, tetapi pada kenyataannya tidak dapat diabaikan
karena mempengaruhi distribusi tegangan pada isolator rantai. Misalnya sebuah
rangkaian isolator yang terdiri atas empat satuan elemen isolator sebagaimana terlihat
pada Gambar 3.5.
Gambar 3.5. Rangkaian pengganti dari isolator rantai dengan memperhitungkan
pengaruh C dan Ce
22
Dengan menganggap semua elemen isolator adalah identik, dan kapasitansi
masing-masing sambungan elemen isolator terhadap menara sama besar.
Pada Gambar 3.5, misalnya tegangan operasi adalah V, sedangkan jatuh tegangan
melalui elemen isolator adalah V1, V2, V3, dan V4 dimulai dari isolator paling atas
mengarah ke kawat fasa, sehingga dapat ditulis dengan persamaan :
Tujuannya adalah untuk mengetahui besarnya tegangan operasi V terhadap tegangan
Vn. Dari Gambar 3.5 di atas, besarnya arus yang mengalir tiap elemen isolator dapat
dicari.
Pada titik A, persamaan arus adalah :
…………………….…………… (3.3)
Juga,
……………………………………….… (3.4)
dimana :
I1 = arus yang melalui isolator 1
I2 = arus yang melalui isolator 2
adalah frekuensi sudut jaringan
sehingga dari persamaan (3.3) dan (3.4) akan didapat:
…………………………….…… (3.5)
23
Pada titik B, persamaan arus adalah :
…………………..……… (3.6)
dimana :
………………………........……………. (3.7)
dari persamaan (3.6) dan persamaan (3.7) akan didapat nilai V3:
…………………………………. (3.8)
dengan menggantikan V2 dengan V1 akan diperoleh:
………………………………… (3.9)
Pada titik C, persamaan arus adalah :
…………………. (3.10)
dimana :
…………………………………………. (3.11)
dari persamaan (3.10) dan (3.11) didapatkan nilai V4:
………………………….. (3.12)
dengan menggantikan V2 dan V3 dengan V1 akan diperoleh:
24
…………………………. (3.13)
Dengan demikian telah diperoleh besaran-besaran V2, V3, V4 terhadap V1 dengan
rasio kapasitansi m, sehingga terlihat bahwa :
V 4 ¿ V 3 ¿ V 2 ¿ V 1¿
Oleh sebab itu elemen isolator yang paling dekat ke kawat fasa akan memikul
tegangan yang lebih tinggi dibandingkan dengan elemen isolator yang lain.
III.5. Distribusi Tegangan dengan Memperhitungkan C, Ce, dan Ch
Besarnya kapasitansi Ch dan kapasitansi Ce masih jauh lebih kecil dibanding
dengan nilai kapasitansi yang dimiliki elemen isolator C, namun demikian kapasitansi
Ch dan kapasitansi Ce tidak dapat diabaikan pengaruhnya. Adanya kapasitansi Ce dan
kapasitansi Ch akan berpengaruh terhadap distribusi tegangan pada sambungan
isolator, dimana arus bocor akan mengalir ke arah struktur menara dan ke arah
sambungan isolator yang berasal dari konduktor tegangan tinggi, dengan demikian
arus yang mengalir di masing-masing elemen isolator tidak sama besar, maka
tegangan di tiap-tiap elemen isolator tidak sama.
Rangkaian pengganti dari isolator rantai tersebut dapat digambarkan sebagai berikut:
25
Gambar 3.6. Rangkaian pengganti dari isolator rantai dengan memperhitungkan
pengaruh C, Ce, dan Ch
Berdasarkan Gambar 3.6, pada titik A diperoleh persamaan :
ia + I 2 = I 1 + i1 ……………………………..…………… (3.14)
dari persamaan (3.14) diperoleh V1
sehingga:
……….……...…………………. (3.15)
26
Pada titik B, diperoleh persamaan :
ib + I3 = I2 + i2 ………………………………….……… (3.16)
dari persamaan (3.16) diperoleh V2
sehingga :
……………..…………………. (3.17)
Pada titik C, diperoleh persamaan :
ic + I 4 = I 3 + i3 …..…………..…………………. (3.18)
dari persamaan (3.16) diperoleh V3
sehingga :
………………..……………… (3.19)
dan,
V = V1 + V2 + V3 + V4 ………….………………………. (3.20)
sehingga dari persamaan (3.20) didapat V4
V4 = V – (V1 + V2 + V3) ……………….…………………. (3.21)
dimana, V adalah tegangan sistem
27
III.6. Perataan Tegangan di Setiap Unit Isolator
Ada beberapa metode didalam perataan tegangan disetiap unit isolator, yaitu :
1). Dengan mengatur besar nilai kapasitansi sambungan isolator terhadap
bumi (Ce)
Kapasitansi Ce diupayakan sekecil mungkin, dengan demikian arus bocor
yang menuju struktur menara (bumi) akan sangat kecil dan memungkinkan untuk
diabaikan. Di dalam mendapatkan nilai kapasitansi Ce yang sangat kecil adalah
dengan mengatur jarak antara sambungan isolator terhadap menara pendukung
(bumi), dimana jarak berbanding terbalik dengan nilai kapasitansi yang dihasilkan,
oleh sebab itu jika jarak antara menara dan sambungan isolator diperbesar akan
diperoleh nilai kapasitansi Ce yang sangat kecil.
2). Dengan grading tiap isolator
Nilai kapasitansi sendiri dari isolator disesuaikan berdasarkan tingkat
tegangan. Isolator yang memikul tegangan yang paling besar yaitu isolator paling
dekat dengan konduktor fasa, isolator yang digunakan adalah isolator yang memiliki
nilai kapasitansi sangat kecil. Dan isolator yang memikul tegangan paling kecil, maka
digunakan isolator yang memiliki nilai kapasitansi yang besar. Dengan demikian
tegangan di setiap unit isolator akan sama.
28
3). Dengan menggunakan Guard Ring
Tegangan di setiap unit isolator dapat dibuat sama dengan cara menggunakan
Guard Ring. Ada beberapa bentuk yang umum dijumpai, antara lain : Ring, 8-shaped,
horn shaped. Metode perataan dengan menggunakan horn shaped, sering disebut
dengan bentuk busur tanduk.
Gambar 3.7 Perataan tegangan di setiap isolator dengan menggunakan guard ring
berupa busur tanduk
Prinsip perataan tegangan dengan menggunakan busur tanduk ini adalah
penyeimbangan arus bocor, sehingga akan menghilangkan atau mengurangi arus
bocor yang menuju ke arah struktur menara. Pengaturannya dapat dilihat pada
Gambar 3.7 di atas. Untuk semua isolator yang identik, besar kapasitansi C sama.
29
Demikian pula semua kapasitansi ke bumi (Ce) adalah sama besarnya. Tegangan di
tiap isolator mempunyai busur tanduk yang sama, dengan demikian arus yang
melaluinya juga sama besar yaitu I.
Dari Gambar 3.7, persamaan arus yang melalui isolator paling atas adalah
Ia + I = i1 + I ………….………………………. (3.22)
dan dengan perata tegangan menggunakan busur tanduk, dibuat pendekatan bahwa
i1 = Ia ………..…….…………………………………… (3.23)
i2 = Ib …………………………………………………… (3.24)
i3 = Ic …………….………………..….. (3.25)
………………………..……….... (3.26)
dari Gambar 3.7, potensial yang disebabkan Ia adalah 3V
…………………………………. (3.27)
dari persamaan (3.23), (3.26), dan (3.27) diperoleh Ch1
…………………………………. (3.28)
dari Gambar 3.7, potensial yang disebabkan Ib adalah 2V
…………………………………. (3.29)
.……………………………..… (3.30)
dari persamaan (3.25), (3.29), dan (3.30), diperoleh Ch2
30
………………………...……….. (3.31)
dari Gambar 3.7, potensial yang disebabkan Ic adalah V
………………………………….. (3.32)
……………………………..…… (3.33)
dari persamaan (3.25), (3.32), dan (3.33), diperoleh Ch3
……………………..…………... (3.34)
Dengan membuat sejumlah n isolator, maka akan diperoleh persamaan
kapasitansi ke-x dari suatu untaian isolator, yaitu:
………………..………………… (3.35)
dimana n = jumlah isolator
x = isolator ke-x
31