1

12.1 Pendahuluan

MAKALAH TRANSMISI TEGANGAN TINGGI

Chapter 12 - Contruction of Overhead Lines

Disusun Oleh :

Rudy Arif Prasojo 2214105050

Achmad Erfan Prihadana 2214105076

Andri Pradipta 2214105078

Dosen : Dr. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng.

Teknik Sistem Tenaga

Institut Teknologi Sepuluh Nopember

Surabaya

2015

2

Konstruksi saluran udara memakan biaya 15-60% lebih murah dari konstruksi bawah

tanah, jika dilihat dari sisi ekonomi pasti lebih murah. Hal pertama yang menjadi

pertimbangan untuk mendesain saluran udara adalah karakteristik elektriknya. Seperti bisa

mentrasmisikan tanpa telalu banyak drop tegangan atau energi yang terbuang, dan saluran

isolasi harus cukup memadai untuk mengatasi tegangan pada sistem. Faktor mekanis juga

berpengaruh dalam menentukan desain dan harus menjadi pertimbangan. Sebagai contoh,

tiang konduktor harus memiliki kekuatan mekanis yang cukup untuk menahan semua

kelebihan beban yang diharapkan. Hal lain adalah pemilihan material dari konduktor, harus

lebih kuat untuk menahan kekuatan yang mengenainya.

Tiang dan konduktor harus mempunyai kekuatan yang cukup dengan faktor

keamanan yang telah ditentukan untuk menahan beban yang disebabkan oleh saluran itu

sendiri dan stress yang terjadi oleh beban seperti es dan lainnya. Sehingga saluran udara

harus memberikan pelayanan yang baik untuk waktu yang lama tanpa membutuhkan

perawatan yang berlebihan. Konstruksi yang baik akan memberikan keuntungan ekonomi,

jika terlalu banyak perawatan atau life time yang pendek akan lebih banyak memberikan

ketidakseimbangan dalam menghemat pengeluaran utama.

Saluran udara harus mempunyai kekuatan untuk menahan stress/ tekanan yang

dikenakan pada bagian komponen yang disebabkan oleh saluran itu sendiri. Tekanan ini

terjadi karena konduktor yang tegang, tekanan kompresi disebabkan oleh pejangkaran,

beban melintang disebabkan oleh sudut pada saluran, tekanan vertikal disebabkan oleh berat

dari konduktor, dan komponen vertikal dari tekanan konduktor. Tekanan pada konduktor

seharusnya bisa disesuaikan jika itu baik dalam beban dari material yang dianjurkan. Ini

akan memungkinkan pada kasus tertentu.

Tiang harus memiliki tinggi yang cukup dan bisa di pasang, dengan

mempertimbangkan topography dari tanah, untuk menyediakan jarak aman ground pada

beban maksimum dan kondisi maksimum temperatur. Jarak aman ground dari konduktor

untuk jalan raya dan kabel saluran persimpangan, lebih baik jauh dari gedung/ bangunan dan

objek lain, harus sesuai dengan syarat atau standart National Electric Safety Code (NESC).

Desain mekanik yang tepat adalah salah satu hal penting dalam memberikan

pelayanan yang baik pada pelanggan. Mayoritas gangguan pelayanan dapat ditelusuri dari

kesalahan fisik dari sistem distribusi, kerusakan kabel, kerusakan tiang, kerusakan isolasi,

kerusakan peralatan dan lainnya. Banyak macam gangguan pelayanan lebih atau kurang

harus dihindari. Tapi jumlah mereka dapat diiganti jika desain kontruksi dari macam macam

bagian fisik ini dapat menahan, dengan mempertimbangkan faktor keselamatan, tidak hanya

pada keadaan normal, tapi juga kemungkinan keadaan tidak normal. Saluran udara harus

dirancang, dari sudut pandang mekanis untuk menahan kemungkinan terburuk, tapi bukan

kemungkinan kondisi terburuk.

3

Sebagai contoh adalah biaya dari saluran udara mampu menahan badai yang berat,

pasti akan luar biasa, dan dari sudut pandang ekonomi, itu mungkin akan dipastikan untuk

mengurangi resiko kesalahan seperti contoh dibawah:

Example 12.1

Perusahaan peralatan No Power & No Light (NP & NL) memberikan pelayanan

dengan saluran udara dari bagian kecil jumlah daerah di area yang tercover di pinggiran

Ghost City. Pengalaman yang lalu dengan indikasi saluran bahwa perbaikan saluran sering

dilakukan sebagai akibat dari petir, badai 3ias3a, dan salju. Tiap perbaikan, dalam rata rata,

pengeluaran perusahanan sebesar $1500. Data kemungkinan kerusakan dari saluran adalah

sbb :

Perbaikan wajib 0 1 2 3

Kemungkinan dari perbaikan sama 0,4 0,3 0,2 0,1

Teknisi distribusi dari perusahaan NP & NL memperkirakan bahwa memindahkan

dan membuat kembali saluran seharusnya 3ias mengurangi kemungkinan untuk :

Perbaikan wajib 0 1

Kemungkinan perbaikan sama 0,9 0,1

Dengan asumsi life time penuh 25 tahun, memberikan pemasukan 20% dan biaya

operasi selain yang digunakan untuk perbaikan tidak berdampak pada perubahan rencana,

tentukan berapa yg harus dibayarkan oleh perusahaan NP & NL untuk memindahkan

saluran.

Solution

B adalah biaya yang dijangkau dari pemindahan saluran. Hasil ekivalen dari penghematan

seharusnya sama dengan hasil ekivalen biaya tambahan untuk hasil pemindahan saluran.

B = $1500 [3(0,1) + 2(0,2) + 1(0,3) + 0(0,4) 1(0,1) 0(0,9)] (P/A) 20%-25

= $1500 [0,9] (4,948)

= $6679,8

Pemindahan dan pembangunan dari saluran akan memerlukan biaya tinggi dari

jumlah ada, teknisi distribusi memutuskan untuk mempertahankan status quo.

4

12.2 Faktor Yang Mempengaruhi Desain Mekanis Saluran Udara

Secara umum, factor yang mempengaruhi desain mekanik dari saluran udara adalah :

1. Karakteristik rute saluran

2. Izin pendirian rute / Aturan undang undang

3. Pembebanan mekanis

4. Zona aman / zona netral

5. Jenis struktur pendukung

6. Kualitas konstruksi

7. Konduktor

8. Tipe isolator

9. Pemakaian bersama dengan peralatan lain

12.3 Karakter dari Rute Saluran

Rute dari saluran udara transmisi biasanya dipasang melewati beberapa wilayah

wilayah dengan peraturan pribadi disetiap masing masing wilayah untuk mendapatkan rute

sedekat mungkin dengan ruang yang digunakan untuk memasang tiang dan menghindari

bangunan, jalan raya, jalan dan saluran tegangan rendah. Saluran udara distribusi tegangan

rendah dipasang sepanjang jalan dan jalan raya sebisa mungkin untuk bias mencapai atau

memenuhi pesanan pelanggan menjadi lebih mudah dan membuat saluran yang dapat

diakses guna keperluan perawatan. Pada daerah perkotaan dan pinggiran, antar tiang saluran

diberikan jarak sepanjang 100-150 ft bertujuan untuk memberikan pelayanan langsung dan

menjaga agar memperkecil pemeliharaan seminimum mungkin. Biasanya pemasangan di set

sekitar 6 sampai 1 ft di tepi sepanjang jalan.

Saluran transmisi mungkin mempunyai rentang sekitar beberapa ratus kaki. Secara

umum saluran udara yang dipasang mempengaruhi desain, terutama dalam hal memilih

konduktor dan tipe struktur pendukungnya. Lokasi saluran membutuhkan penilaian,

pengalaman dan skill untuk meminimalisasi dan menghilangkan beberapa kemungkinan

terhambatnya operasi yang mungkin terjadi selanjutnya dikemudian hari.

Secara umum, faktor yang mempengaruhi panjang dari regangan adalah :

1. Karakter dari rute

2. Zona aman / zona netral diantara konduktor

3. Tekanan lebih ketika beban maksimum

4. Struktur yang memadai untuk menahan beban tambahan.

Itu biasanya tidak direkomendasikan, terutama pemasangan di wilayah pegunungan

atau wilayah dengan populasi banyak, memilih mengarahkan rute atau mencoba memasang

saluran pada garis singgung panjang.

5

12.4 Right Of Way (Izin Pendirian Rute)

Ini menjadi sangat penting untuk memiliki semua izin yang diperlukan sebelum

perancanaan rute ini hingga tahap akhir, desain dan menentukan spesifikasi konstruksi.

Saluran transmisi tegangan tinggi memiliki ijin khusus yang biasanya dibuat dengan bentang

waktu yang lama dan type daerah yang meliputi saluran akan berdampak pada pemilihan

tipe konstruksi.

Pemohonan ijin seharusnya digunakan jika memungkinkan, terutama pada

penambahan sistem transmisi dan banyak kasus lain yang selesai dengan sedikit gangguan

lingkungan daripada terjadi akusisi berhubungan dengan perijinan. Rencana selanjutnya dan

penjadwalan dari jalan, pipa, telepon dan transmisi elektris sangat penting untuk dikemudian

hari.

Secara umum, daripada harus membeli perijinan, pembelian wilayah secara

permanen akan memudahkan perencanaan dan pendirian konstruksi saluran udara, karena

wilayah yang akan dibangun tersebut sudah sudah terbebas dari pemilik sebelumnya dengan

syarat mendapat ijin atau perjanjian dengan pemilik itu. Kelebihan dari ini adalah sudah ada

jaminan dan ditetapkan seperti dibawah ini :

1. Ijin untuk membangun struktur pendukung

2. Ijin sebagai sarana akses untuk struktur pendukung

3. Ijin untuk membersihkan pohon dan semak belukar disekitar 10 kaki lebih besar

dari ruang penempatan konduktor guna menyediakan ruang kerja yang cukup

untuk konstruksi.

4. Ijin untuk menebang semua pohon, yang mungkin menyesuaikan dari standar

zona aman untuk konduktor, jika konduktor banyak terjatuh.

5. Ijin untuk menebang semua pohon, yang mungkin menyesuaikan dari standar

zona aman untuk konduktor, jika berayun dikarenakan angin yang beitu kencang.

6. Ijin untuk menghilangkan semua jenis penghalang, seperti bangunan, tumpukan

kayu, dan lainnya yang dapat memicu penyebab terjadinya kebakaran.

Seperti aturan, pohon yang ada mungkin akan menjadikan interferensi terhadap

konduktor, harus dipotong atau dihilangkan. Pertumbuhan normal pohon, dikombinasikan

dengan gerakan pohon sangat merugikan bagi kondisi konduktor, dan akan menyebabkan

kekhawatiran pertumbuhan pohon akan mengganggu konduktor ketika konduktor berada

dalam bentuk melengkung karena pemuaian dan ini harus menjadi salah satu pertimbangan

dalam menentukan sejauh mana pemangkasan akan dilakukan, dikhawatirkan akan

timbulnya hubung singkat antara konduktor dengan tanah melewati pohon tersebut. Namun

ketika pohon ditebang tidak memungkinkan, maka mau tidak mau konduktor harus

dipisahkan dari pepohonan dengan material isolasi yang sesuai atau alat untuk mencegah

konduktor tergores atau rusak oleh abrasi dan grounding yang disebabkan oleh pohon.

6

12.5 Beban Mekanis

12.5.1 Definisi Tekanan

Beban mekanis dalam hal ini adalah kondisi eksternal yang memproduksi tekanan

mekanik pada saluran konduktor dan peralatan pendukung, yaitu tiang. Beban mekanik juga

termasuk berat dari konduktor dan struktur itu sendiri. Struktur merupakan subjek beban

vertikal dan horizontal. Beban vertikal merupakan berat dari peralatan seperti isolator,

konduktor, trafo, dan lainnya. Itu juga termasuk es dan salju yang menempel pada struktur

dan konduktor itu sendiri.

Tiang pendukung konduktor udara dan peralatan lainnya dikenakan tekanan dari

tegangan tempat dimana mereka tersambung. Ketika gaya tersebut diberikan berlawanan

terhadap objek, maka akan timbul tekanan pada objek. Terdapat 5 macam dari tekanan :

1. Tekanan Tensile

Disebabkan oleh gaya yang bekerja dari arah yang berlawanan menjauhi objek.

Sebagai contoh, konduktor yang terikat diantara 2 tiang akan mengalami gaya tarik terhadap

kedua tiang tersebut.

Gambar 12.1 Tensile Stress

2. Tekanan Compressive

Merupakan keterbalikan dari tensile stress. Disebabkan oleh gaya yang bekerja ke

arah badan objek, untuk memperpendek badan objek. Sebagai contoh, adalah trafo yang

digantung pada tiang akan menyebabkan Compressive Stress pada tiang.

Gambar 12.2 Compressive Stress

3. Tekanan Shearing

Disebabkan oleh 2 gaya yang bekerja secara berlawanan namun tidak dalam garis

yang sama. Tekanan ini cenderung akan membuat objek terbelah menjadi dua.

7

Gambar 12.3 Shearing Stress

4. Tekanan Bending

Disebabkan oleh gaya yang bekerja pada seluruh badan objek. Sebagai contoh tiang

yang berada pada satu tikungan apabila tidak diberi kawat jangkar maka akan mengalami

Bending Stress.

5. Tekanan Twisting atau Torque

Disebabkan oleh gaya putar yang bekerja pada objek, gaya putar ini terbentuk akibat

tidak samanya tekanan yang terbebankan terhadap 2 sisi tiang.

12.5.2 Elastisitas dan Kekuatan Utama

Elastisitas adalah sifat dari material yang memungkinkan untuk memulihkan bentuk

dan ukuran asli setelah terjadi tekanan. Rasio normal dari tekanan (ponds per square inch)

untuk menekan (inchies per inch) dapat disebut Modulus Elastisitas. Ini konstan untuk

memberi material menaikan batas kemampuan, seperti gambar dibawah :

Gambar 12.4 Stress strain diagram

Setiap material memiliki batas tekanan, apabila batas ini terlampaui, material tersebut

masih dapat bekerja namun perlahan akan sedikit demi sedikit kehilangan karakteristik

elastisitasnya hingga pada akhirnya akan timbul suatu kegagalan.

Tekanan adalah penyebab kesalahan dari tekanan utama material. Untuk beberapa

material sebagai contoh, gelas, batas elastisitas dan kekuatan utama kurang lebih sama.

Namun banyak material memberikan deformasi atau hasil titik dari batas elastis pada nilai

rendah dibanding kekuatan utama.

8

Dalam perancangan struktur mekanis, ada beberapa variabel dan kemungkinan yang

membuat penentuan dari tekanan dan kekuatan tersebut menjadi sulit. Tekanan maksimum

pada struktur yang dirancang untuk beroperasi normal merupakan tekanan kerja. Rasio kerja

dari tekanan hingga tekanan utama dari material disebut dengan desain faktor keamanan.

Pada praktik biasanya pada desain untuk mengasumsikan kondisi beban dan untuk

menggunakan faktor keamanan atau konstan, sebagai alasan kondisi tidak biasa atau tidak

terduga dan bahaya pada struktur. Selanjutnya, faktor keselamatan membuat perbedaan

diantara batas elastis dan kekuatan utama dan membuat perbedaan dari rata rata kualitas.

NESC (National Electric Safety Code) pada umumnya memiliki standar atau aturan

lokal mengenai nilai minimal dari faktor keselamatan. Dimana NESC atau aturan lokal tidak

berlaku untuk spesifikasi faktor keselamatan yang harus dibawah kondisi tertentu, teknisi

yang mendesain harus menggunakan kemampuannya sebagai teknisi untuk memilih faktor

keselamatan mana yang paling bagus dan sesuai pada kondisi itu.

12.5.3 Beban NESC

Secara umum, seperti gambar peta dibawah, menjelaskan bagian mana yang

memiliki ketebalan es, kecepatan angin dan temperature untuk dibangun saluran udara

dibagian manapun dibelahan dunia. Hal terpenting untuk mendesain saluran udara adalah

data cuaca dimana tempat akan dibangun saluran tersebut harus dipelajari.

Ketika kondisi daerah tersebut ditemukan perbedaan dari kondisi pada umumnya,

dan terindikasi pada peta bagian mana yang memiliki ketebalan es dll yang disebutkan diatas

tadi, saluran seharusnya didesain dan dikonstruksi menyesuaikan dengan kondisi. Sebagai

contoh, daerah tertentu memiliki banyak subjek memiliki badai yang bercampur salju lebih

besar dibanding lainnya pada satu daerah yang sama.

Secara umum, badai bercampur salju banyak pada iklim yang berubah ubah, seperti

memiliki temperature yang dingin. Di kota yang besar, formasi badai disertai salju ini sedikit

berbeda disbanding dengan di pedesaan. Selain itu saluran angin yang extreme juga sangat

berbeda, dari komposisi bukit, bangunan, pohon dll membuat jumlah pelindung untuk

tekanan angin banyak terjadi di wilayah terbuka.

Untuk wilayah kota atau wilayah yang berpenghuni yang akan dilalui saluran udara

akan mudah menemukan data laporan perubahan kondisi cuaca diwilayah tersebut,

dibandingkan dengan daerah yang tidak berpenghuni. Akan lebih sulit merancang sebuah

desain yang mampu menghadapi kemungkinan buruk pada daerah tersebut.

9

Gambar 12.5 Peta beban mekanis saluran udara NECS

Sangat memungkinkan untuk memiliki data dari ketebalan/ badai es yang besar

dengan angin / tidak, atau dengan angin yang kencang namun dalam keadaan cuaca hangat

dengan tidak ada es. NESC menyebutkan bahwa tiga kondisi berbedan, yaitu heavy,

medium, dan light (berat, sedang dan ringan), dan membagi daerah dalam tiga area, dimana

hal tersebut mungkin bisa terjadi.

12.5.4 Wind Pressure

H.W Buck (Bucks Formula) digunakan pada perhitungan permukaan yang silinder,

dengan rumus:

P = 0.00256V2 lb/ft2

Sedangkan untuk menghitung tekanan angina pada permukaan datar, bisa dengan

menggunakan formula C.F Martin

P= 0.004 (B/30) V2 lb/ft2

B = Tekanan barometric (mm of mercury)

V = Kecepatan angin (miles/h)

Untuk persamaannya adalah P = 0.004 V2 lb/ft2

12.6 Jarak aman yang diperbolehkan

Pada umumnya, suatu regulasi membutuhkan pertimbangan sebagai berikut:

pentanahan, jalur pembuatan, bangunan, pohon-pohon, konduktor dan struktur dari kabel

line lain, konduktor lain pada struktur yang sama, struktur itu sendiri, kabel keselamatan dan

peralatan lain pada struktur, dan pinggiran jalan. NESC memberikan izin batas minimum.

Jarak yang tidak diizinkan tabulasi dari jarak aman pada semua kondisi untuk semua

tegangan yang digunakan saluran udara. Namun, hanya beberapa informasi yang diringkas

pada pembahasan ini.

10

12.6.1 Jarak Aman Mendatar

Secara singkat, lokasi dari tiang penyangga harus dipilih untuk menyediakan cukup

jarak aman dari jalan mobil, pemadam kebakaran, rambu lalu lintas, jalur kereta api,

bangunan, jalur keselamatan, dan sebagainya. Pada Tabel 12.1 merupakan jarak aman dari

konduktor untuk melewati tapi tidak terikat pada bangunan atau instalasi lain kecuali

jembatan. Jarak aman yang diberikan oleh NESC edisi 1984.

Konduktor pada satu jalur harus tidak kurang dari 4 ft dari yang lain dan kabel yang

berseberangan. Jika konduktor melewati dekat tiang penyangga pada saluran udara lain,

asalkan jalur tesebut tidak terkena dari tiang saluran, saluran tersebut tidak terpengaruh

dengan ruang menanjak.

Tabel 12.1 Jarak aman dari jalur konduktor yang tidak menempel pada bangunan.

12.6.2 Jarak Aman Tegak Lurus

Tabel 12.2 diambil dari NESC edisi 1984, menunjukkan jarak aman secara vertikal.

Dimana nilai yang berlaku untuk melewati panjang bentang tidak melebihi 175 ft dalam

daerah beban berat. 250 ft dalam daerah beban sedang, atau 350 ft pada daerah beban ringan.

Jarak aman yang diberikan pada temperatur 60 F tanpa angin dan tegangan tidak lebih dari

50 kV ke tanah. Untuk panjang bentang dan tegangan yang lebih tinggi, disarankan jarak

aman yang lebih besar, tergantung pada sag atas dan tekanan di dalam rentangnya.

Tabel 12.2 Jarak aman vertikal dari konduktor diatas tanah atau rel (ft).

11

12.6.3 Jarak aman persilangan kabel

Persilangan seharusnya dibuat pada struktur persimpangan yang umum yang mudah

dilakukan. Jika tidak mudah dilakukan, jarak aman antara dua kabel, konduktor, atau

pesimpangan kabel satu sama lain dan dilakukan dengan dukungan yang berbeda harus tidak

kurang dari pada nilai pada Tabel 12.3 dalam mengatur untuk mencegah kemungkinan dari

terjadinya kontak dalam kondisi variasi angin, temperatur dan beban es.

Tabel 12.3 Jarak aman persilangan konduktor pada struktur yang berbeda.

Jarak aman dilakukan pada temperatur 60 F dengan tanpa angin dan rentang tidak

lebih dari 175, 250, 350 ft dalam keadaan berat, sedang dan ringan beban pada suatu daerah

secara berturut-turut. Disarankan untuk rentang yang lebih panjang dan lebih tinggi

tegangan, area jarak aman lebih besar. Tergantung pada sag atas dan tekanan di dalam

rentangnya.

12.6.4 Pemisahan Melintang dari Konduktor dengan Konduktor Lain

NESC mengharuskan bahwa konduktor sumber berada pada sirkuit yang sama, pada

tegangan lebih dari 8,7 kV, batas minimum jarak aman melintang antara konduktor harus

berjarak 12 inci. Untuk tegangan lebih tinggi menggunakan 12 inci ditambah 0,4 inci per

kilovolt setelah 8,7 kV.

Anjuran ini untuk konduktor sumber berada pada sirkuit yang berbeda, untuk

tegangan antara 8,7 kV dan 50 kV jarak aman berada antara 12 inci ditambah dengan 0,4

inci tiap kilovolt setelah 8,7 kV, dan untuk tegangan antara 50 dan 814 kV jarak aman harus

diantara 28,5 inci ditambah 0,4 inci tiap kilovolt setelah 50 kV.

Anjuran minimum untuk jarak aman melintang dari NESC untuk saluran konduktor

lebih kecil dari AWG nomor 2 dapat dihitung menggunakan persamaan dibawah:

= 0,3 + 7 (1 3 ( 8))1

2

(12.4)

Dimana S adalah sag nyata dari suatu konduktor dalam inci.

12

Tabel 12.4 Jarak aman horizontal antar kabel konduktor yang berukuran < dari kawat

AWG no.2 berdasarkan sagging

Tabel 12.5 Jarak aman horizontal antar konduktor berukuran > AWG no.2 tergantung

pada sagging.

Tabel 12.4 menyajikan jarak aman minimum melintang antara suatu konduktor lebih

dari 46 kV. Anjuran minimum jarak aman melintang dari NESC untuk saluran konduktor

dari AWG nomor 2 atau lebih besar dapat dihitung menggunakan persamaan dibawah:

= 0,3 + 8 (1 12 ())1

2

(12.5)

Dimana S adalah sag nyata dari suatu konduktor dalam inci.

Tambahan dimana terdapat anjuran jarak aman termasuk didalamnya, NESC

menetapkan anjuran minimum lain, seperti untuk jarak memanjat melalui kabel paling

bawah pada suatu tiang untuk memperoleh jalan menuju kabel yang lebih tinggi atau untuk

pemisahan secara vertikal pada lengan tiang. Untuk informasi selanjutnya, lihat buku tentang

arus dari NESC dan peraturan lokal serta regulasinya.

12.7 Tipe dari Bangunan Pembantu

12.7.1 Tipe Tiang

Pada dasarnya terdapat empat tipe tiang yang berbeda : (1) Tiang kayu, (2) Tiang

beton, (3) Tiang baja dan (4) Tiang alumunium. Pada umumnya, tiang kayu lebih disukai

daripada yang lain untuk distribusi saluran udara karena materialnya tersedia banyak, mudah

13

dalam perawatan, dan murah. Tiang beton yang diperkuat dengan baja telah digunakan untuk

lampu jalan karena tiang ini terlihat rapi. Tiang baja telah digunakan untuk trem listrik

pembantu pada saluran udara dan jalan serta lampu parkir. Antara tiang baja dan tiang beton

digunakan untuk membatasi perluasan area distribusi. Tiang alumunium pada dasarnya

digunakan untuk lampu taman.

Usia dari tiang kayu dapat diperlama masa usianya dengan menggunakan bahan

pengawet kayu. Kayu yang dirawat dengan baik untuk lingkungan pada dasarnya yang

rentan terhadap pembusukan dan pemeliharaan dari kekuatan secara mekanik selama

beberapa tahun. Harapan dari usia paling rendah sekitar 35 tahun telah disetujui oleh

perusahaan kayu. Kayu dan pohon cemara serta semacamnya adalah sangat cocok karena

memiliki bentuk yang bagus dan banyak, sehingga digunakan pada tiang distribusi.

Sementara yang lain dipakai pada sistem distribusi, kerangka dari kayu telah

dimanfaatkan selama beberapa tahun sebagian rata-rata membantu saluran transmisi tunggal

atau ganda pada tegangan 115 sampai 230 kV dan rangkaian single 345 kV. Hasil dari

pengembangan teknologi, kerangka dari kayu pada dekat-dekat ini telah merancang untuk

aplikasi lebih dari 765 kV dan di uji coba pada 500 kV.

Gambar 12.6 Desain tiang tunggal yang digunakan pada jaringan distribusi. (a) Pole top,

(b) Two arms, (c) Single arm, (d) Line arms, (e) Side arms.

14

Gambar 12.7 Desain kolom tunggal, (a) wishbone design, (b) Unbraced up-swept arms,

(c) Horizontal line post, (d) Braced horizontal arms.

Gambar 12.6 menunjukkan beberapa tipe tiang tunggal struktur kayu yang digunakan

pada sistem distribusi. Gambar 12.7 menunjukkan tipe tiang tunggal perancangan kerangka

tiang. Tiang kayu tunggal ini telah menggunakan saluran rangkaian rangkap pada 230 kV

dan dikerjakan pada 345 kV. Kerangka ini menggunakan 2 tiang, seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 12.8, menyediakan dasar dari kerangka tipe H yang biasa pada perancangan

dengan variasi. Lengan kayu yang menyilang digunakan seperti kondisi biasa. Meskipun

lengan metal kadang-kadang ditentukan. Struktur rangkaian ganda sudah terpasang dengan

2 lajur untuk tegangan mencapai 230kV dan layak untuk rangkaian ganda 345kV.

Gambar 12.8 Desain kolom ganda, (a) Unbraced H-frame, (b) H-frame with wood (solid

or laminated) cross arm, (c) H-frame with curved laminated cross-arm, (d) K-frame, (e)

Double circuit H-frame, (f) Dreyfus design.

15

Pada sistem distribusi, satu tiang digunakan untuk menyangga 3 bank transformer,

CO dan arresternya. Tiang dengan formasi A digunakan saat membutuhkan kekuatan yang

lebih dan tiang dengan formasi H digunakan untuk menyyangga peralatan switching atau

sebuah transformator pada saluran.

Tiang harus mempunyai kekuatan yang cukup dan bisa dipasang untuk menyediakan

area bebas radiasi tegangan pada kondisi beban penuh atau suhu maximum. Konduktor

ground line pada jalur rel kereta api dan persimpangan kawat saluran, serta dari bangunan

bangunan dan benda lain, harus memenuhi persyaratan dari NESC dan aturan lokal lainnya

serta regulasinya.

Intinya, kekuatan dari tiang yang cocok untuk lokasi tertentu ditentukan oleh

beberapa faktor :

1. Panjang tiang vertical yang diperlukan untuk kabel dan peralatan.

2. Diperlukan supaya terbebas dari GND atau gangguan pada kabel dan peralatan.

3. Pengenduran pada konduktor.

4. Kedalaman tiang terpasang pada tanah.

Pada sistem distribusi, umumnya menggunakan tiang 35 kaki, dan tiang yang lebih

pendek dari 30 kaki tidak digunakan. Tiang setinggi 30 kaki mungkin digunakan di lorong

dan dipenghujung banyak saluran. Ukuran yang lebih besar tentu digunakan untuk

menyediakan pengaman terhadap gangguan, untuk beban yang berubah-ubah, dll.

Ukuran atau diameter dari suatu tiang ditentukan oleh kekuatan yang dibutuhkan

untuk menyangga beban mekanik yang dikenakan pada tiang.Batas kritis dari kekuatan tiang

yang dekat ground line dikarenakan keliling tiang pada point ini menentukan besarnya

ketahanan tiang ketika penopangnya bengkok. Bagaimanapun juga jika tiang dibubut,

diameter tiang yang dibubut ini adalah ukuran dari kekuatannya.

Ketahanan pada titik pertemuan harus cukup untuk menahan kelenturan yang

disebabkannya pada saat itu. Juga bagian atas tiang harus cukup melingkar untuk

memungkinkan penambahan jalur lengan tanpa melemahkan tiang di dekat bagian atas.

12.7.2 Jenis grounding dan pengaturan tiang

Tiang yang stabil harus memiliki kedalaman pengaturan yang memadai. Tabel 12.7

memberikan batas kedalaman minimum pengaturan tiang. Namun, insinyur bidang distribusi

memilih kedalaman pengaturan sebagai situasi menentukan. Misalnya, tiang sudut harus

memiliki sekitar 6 pada pengaturan yang lebih dalam. Tentu saja, stabilitas atau kekakuan

tiang tidak hanya tergantung pada kedalaman pengaturan, tetapi juga pada jenis tanah, kadar

air tanah, ukuran pinggul tiang, dan teknik pengaturan yang digunakan. Tabel 12.9

menunjukkan beberapa gagang tiang dan teknik pengaturan yang digunakan. Tabel 12.9

menunjukkan beberapa teknik pengaturan.

16

Tabel 12.6 Standar dimensi tiang kayu.

Tiang kayu dibagi menjadi beberapa kelas sesuai dengan lingkar atas dan lingkar 6

ft dari ujung akhir saluran untuk setiap panjang saluran nominal. Kata class mengacu pada

klasifikasi dimensi yang dibentuk oleh asosiasi standart Amerika. kelas terbagi menjadi

kelas 1 sampai kelas 10. kelas 1 menyediakan lingkar tanah terbesar. dan kelas 7 terkecil.

kelas 8-10 termasuk menentukan lingkar atas minimum saja.

Semua tiang di kelas tertentu, tanpa melihat panjangnya, memiliki kekuatan yang

sama dengan beban yang dihubungkan secara horizontal di bagian atas. Tabel 12.6

menunjukkan dimensi tiang standart untuk pinus kuning, cokelat, dan cedar Barat. untuk

mengidentifikasi setiap tiang kayu, maka kelas, panjang tiang dan jenis kayu tertentu harus

diberikan.

17

Tabel 12.7 Standar pengaturan kedalaman tiang yang diperbolehkan.

Gambar 12.9 Teknik penanaman tiang, (a) full-concrete setting, (b) concrete setting, (c)

crushed stone setting, (d) plain earth setting, (e) heel-and-breast concrete blocks setting,

(f) bolted-timber setting.

Tabel 12.8 Berbagai macam tahanan tanah yang digunakan sebagai media penahan tiang.

Pentanahan dapat diklasifikasikan menjadi 8 kelompok yang berbeda, seperti yang

ditunjukkan dalam tabel 12.8, untuk tujuan pengaturan. Tabel 12.8 juga memberikan

resistansi S, sebagai persentase ketahanan tiang utama, bahwa tanah di sekitar pangkal tiang

menunjukkan perpindahan untuk berbagai jenis tanah. Nilai yang diberikan dalam tabel agak

sewenang-wenang dan berdasarkan asumsi bahwa pengaturan tiang standar, diameter lubang

minimum, dan penimbunan yang dicap benar.

18

12.8 Perhitungan Mekanis

12.8.1 Pendahuluan

Secara umum, gaya yang bekerja pada struktur pendukung yang diberikan, misalnya,

tiang, adalah:

1. Gaya ke atas akibat berat tiang, konduktor, es yang menempel pada konduktor

2. Gaya ke atas karena tarikan ke bawah dari guys (penjangkaran).

3. Gaya horizontal lateral akibat angin yang melewati tiang saluran, konduktor, es, dll.

4. Gaya horizontal memanjang akibat tarikan konduktor yang tidak seimbang.

5. Kekuatan torsi akibat tarikan konduktor yang tidak seimbang.

Setiap tiang yang dipasang mampu untuk menahan gaya vertikal tetapi lemah pada

gaya horizontal, dan setiap lengan yang dipasang lemah terhadap gaya torsi. Untuk mencapai

desain saluran yang baik, kekuatan horisontal dan torsi harus dikurangi seminimal mungkin

dengan menyeimbangkan tekanan dan sisa-sisa tekanan horisontal yang tidak seimbang dan

harus diubah menjadi tekanan vertikal pada tiang dengan menggunakan penjangkaran. maka,

kekuatan tiang kayu harus mampu menahan gaya melintang, seperti tekanan angin pada tiang

dan konduktor, ketidakseimbangan gaya tarik pada konduktor ketika rusak, dan pada sisi

tarikan pada sikunya dan sudut di mana penangkaran tidak dapat digunakan. Gaya ini

menempatkan serat kayu di bawah tegangan, dan beban dari sebuah tiang yang dapat

ditanggung ditentukan oleh kekuatan yang melekat pada serat kayu di bawah tegangan dan

momen gayanya.

Namun, perhitungan untuk kekuatan tiang yang diberikan, paling baik hanya

memberikan perkiraan saja, karena biasanya akan ada gerakan kecil dari tiang di permukaan

tanah. Oleh karena itu, stres serat yang dihitung bisa berbeda dari nilai yang sebenarnya.

Untuk menentukan panjang rentang pada ketinggian tertentu, jenis, kelas tiang dan momen

lentur tiang di permukaan tanah yang biasanya merupakan titik kegagalan perlu dihitung.

Diasumsikan bahwa tiang dipasang di dalam lahan perusahaan. ketebalan radial minimum

es dan tekanan angin yang akan digunakan dalam menghitung beban untuk beban angin yang

ditetapkan di bawah beban lampu, beban menengah, dan kondisi beban berat yang diberikan

oleh NESC.

Ada dua momen lentur angin yang mempengaruhi tiang:

1. Momen lentur akibat angin pada konduktor.

2. Momen lentur akibat angin pada tiang itu sendiri.

12.8.2 Momen lentur akibat angin pada konduktor

Momen lentur adalah sama dengan gaya yang diberikan dikali jarak dalam inci (di

sudut kanan ke arahnya) rom titik, yaitu, lengan momen, yang kekuatannya sedang

dipertimbangkan (lihat Gambar 12.10) oleh karena itu, momen lentur total karena angin pada

konduktor adalah:

= mi=1

=1 x nij x PLavg x hij lb. ft, (12.6)

19

Dimana :

M = momen lentur yang total akibat angin pada konduktor di kaki pound.

m = jumlah lengan silang di tiang.

n = jumlah konduktor pada setiap lengan silang.

P = transversal dan kekuatan angin horizontal (yaitu beban) diberikan pada baris dalam

pound per kaki.

PLavg = rata-rata rentang kaki.

htj = ketinggian konduktor j di kayu silang lengan saya di kaki.

Jumlah tekanan angin yang pada konduktor tergantung pada apakah konduktor

ditutupi dengan es atau tidak. topik ini dibahas secara lebih rinci dalam bagian 13.5. Dalam

gambar 12.1, Lavg merupakan rentang horisontal rata-rata dan itu sama dengan satu

setengah panjang dua bentang yang berdekatan L1 dan L2. Pada kondisi ini, Lavg dapat

dihitung sebagai berikut :

Lavg =(1+2)

2 when 1 2 (12.7)

Atau

= 1 = 2 = ketika 1 = 2.

Gambar 12.10 Skema tiang dengan 2 persilangan.

20

Gambar 12.11 Diagram tiang (a) Ketika jarak 2 konduktor tidak sama (b) Ketika jarak 2

konduktor sama.

12.8.3 Momen lentur karena angin pada tiang

Momen lentur akibat angin pada tiang (lihat gambar 12.10), yang biasanya

maksimum di permukaan tanah dari tiang tanpa penjangkaran adalah:

Mgp =(

2 )

72 (cpg + 2dpt) lb.ft, (12.8)

atau

Mgp =(

2 )

72 (cpg + 2cpt) lb.ft, (12.9)

Dimana :

Msp = momen lentur akibat angin pada tiang di kaki (pound)

tas = ketinggian tiang di atas tanah di kaki (kaki)

dpg = diameter tiang di jalur tanah (inci)

dpt = diameter tiang di tiang atas (inci)

p = tekanan angin dalam (pound/kaki persegi)

cpg = keliling tiang di jalur tanah (inci)

cpt = keliling tiang di tiang atas (inci)

Momen tahanan dalam dari tiang kayu, ketika tegangan maksimum berada pada garis tanah

adalah:

M =1

3790 S x cpg

3 lb.ft, (12.10)

atau

M = 2.6385 x 104 S x cpg3 lb.ft, (12.11)

saat tegangan maksimum di atas garis tanah.

M = 2.6385 x 104 S x c12(cpg c1) lb.ft, (12.12)

21

Dimana :

M = momen lentur pada baris tanah di kaki pound.

CPG = keliling tiang di jalur tanah dalam inci.

ct = keliling tiang di titik tegangan maksimum.

S = diijinkan stres serat maksimum dalam pound per inci persegi.

dimana:

S =

(12.13)

Faktor keamanan minimum yang diperlukan sesuai dengan nilai konstruksi sudah

diatur oleh NESC. Tabel 12.9 menunukkan momen lawan dari tiang kayu yang diberikan

pada sekeliling tiang di permukaan tanah dan rating tegangan serat utama dari tiang.

Tiang tidak akan rusak jika:

> +

Tegangan pada serat/fiber tidak boleh lebih dari 15% pada batasnya dari gaya

ketidakseimbangan, misalnya gaya yang bekerja pada tiang tanpa penjangkaran. Untuk

tekanan angin dan ketidakseimbangan konduktor yang rusak yang tidak normal dan tidak

tahan, tegangan yang digunakan biasanya di atas 50% dari batas limitnya.

Tabel 12.9 Momen lawan pada tiang kayu.

Dari persamaan 12.11 diperkirakan bahwa ground line merupakan titik terlemah dari

tiang. Pernyataan tersebut tidak benar, terutama tiang kayu yang meruncing kedalam 5-6 ft

dan bentuknya seperti kerucut yang dipotong bagian atasnya. Untuk membengkokkan beban,

yaitu menggunakan gaya pada sisi akhir, bentuk kerucut yang demikian merupakan titik

terlemah dimana diameternya adalah 3/2 atau 1.5 diameter di titik (dekat ujung akhir)

dimana hasil dan beban maupun gaya diterapkan.

22

Contohnya tiang dengan diameter 10-in pada persilangan lengan dimana diameter

dalam 15-in sangat lemah. Tiang kayu yang meruncing kedalam memiliki keruncingan 1-in

pada panjang tiang 6-ft, titik kelemahan akan menjadi 6(15 10) = 30 dibawah

persilangan lengan.

Bagaimanapun dalam prakteknya, bagian terlemah dari tiang adalah akibat ground

line, karena pada tiang itu cenderung menjadi lebih lemah dari setiap titik diatas tanah,

akibatnya kelembaban yang tinggi dan cenderung lebih tinggi lagi sehingga menimbulkan

kerusakan seiring usia tiang.

Sejak tiang bagian atas yang menyangga trafo terpaksa tidak hanya menyangga

beban vertikal tetapi juga beban horisontal dari tiang, tiang dari kayu digunakan untuk

memikul trafo lebih dari 25kVA biasanya dipilih yang memiliki diameter tiang atas 1-in atau

lebih besar dari yang dibutuhkan. Pada umumnya, trafo 300kVA atau lebih besar dipasang

pada platform yang didukung oleh dua kutub kayu yang ditempatkan terpisah 10-15ft.

12.8.4 Tekanan akibat belokan pada saluran

Apabila terdapat belokan pada saluran, maka terdapat gaya tambahan yang

dikenakan terhadap struktur pendukung pada titik belokan tersebut dikarenakan tegangan

pada konduktor. Gambar 8.3 menjelaskan gambaran horizontal dari gaya yang bekerja pada

sudut tiang.

Jika konduktor pada bentang yang berdekatan memiliki tegangan yang setara dengan

T dan sudut datang jalur tersebut dinyatakan dalam , resultan gaya tarik sisi tiang dalam Tr

, gaya tersebut dapat dihitung melalui formula sebagai berikut:

= 2 x n x 1x sin

2 (12.17)

Dimana:

= Resultan gaya tarik sisi dikarenakan sudut pada jalur ()

1 = Tensi maksismum konduktor ()

= Sudut datang pada jalur/saluran ( )

n = Jumlah konduktor pada tiang

Gambar 12.12 Rencana sudut tiang dan diagram gayanya.

23

Ketika gaya ini membesar, maka besar tekanan yang dapat menyebabkan

pembengkokan (bending stress) dapat menjadi lebih besar dari tekanan kerja (working

stress) yang diperkenankan/diperbolehkan atau bahkan dapat menjadi lebih besar dari

kekuatan serat maksimum (ultimate fiber strength) dari tiang. Karena keadaan tersebut maka

diperlukanlah kawat jangkar.

Jika tensi konduktor dari bentangan yang berdekatan tidak sama, maka resultan

gaya tarik sisi (resultant side pull force) yang bekerja adalah

= 12 + 2

2 2122 (12.18)

dan sudut antara resultan dan bentangan dimana tensi T1 diperoleh dapat ditentukan

melalui :

cos =

2+122

2

21 (12.19)

Dimana merupakan sudut antara arah resultan dan arah bentangan, dengan besar

yaitu 90 0.5.

Jika besar sudut datang jalur tersebut bernilai kurang dari 60, resultan gaya tarik sisi

bernilai lebih kecil dari tensi maksimum konduktor pada bentangan yang berdekatan. Oleh

karena itu, pemasangan satu buah kawat jangkar tunggal pada arah yang berlawanan dari

resultan gaya tarik sisi tersebut, seperti yang terlihat pada Gambar 12.13 dibutuhkan.

Apabila besar sudut datang jalur tersebut bernilai lebih dari 60, maka nilai resultan

gaya akan melebihi nilai tensi maksimum konduktor, demi menghentikan kecendrungan

tiang untuk dipindahkan posisinya jika sudut tersebut tidak dapat membagi dua sudut

jalur/saluran dan menghindari penggantian kawat jangkar dengan yang lebih kuat, maka

cukup menambah 1 kawat jangkar dan dipasang pada setiap titik dengan arah yang

berlawanan dari jalur/saluran seperti yang terlihat pada Gambar 12.13

12.8.5 Penentuan kekuatan pada sudut tiang

Dalam menentukan apakah tiang yang akan digunakan sebagai tiang sudut pada

jalur/saluran memiliki kekuatan yang memenuhi persyaratan NESC, maka formula yang

digunakan adalah:

=+

1x 100 +

2 x 100 lb.ft (12.20)

Dimana,

M = Momen resistansi internal yang dibutuhkan tiang (lb-ft)

Mgp = Total momen pembengkokan dikarenakan angin pada tiang (lb-ft)

Mtc = Total momen pembengkokan dikarenakan angin pada konduktor (lb-ft)

Mr = Momen pembengkokan dikarenakan tensi pada konduktor (lb-ft)

S1 = Tekanan yang diperkenankan pada tiang akibat beban melintang

S2 = Tekanan yang diperkenankan pada tiang akibat beban longitudinal

dalam hal ini

= lb-ft (12.21)

24

atau

= 2 sin

2 lb-ft (12.22)

Dimana harus dihitung untuk setiap konduktor dan dijumlahkan. Secara teori, apabila

M lebih besar dari momen lawan maksimum tiang, maka dipergunakan kawat jangkar, dan

apabila sebaliknya, maka tidak perlu digunakan kawat jangkar. Namun dalam prakteknya,

apabila tiang tersebut tidak memiliki letak kaku (dimana tiang benar-benar memiliki

kekuatan yang dapat menahan gaya tarik akibat sudut tersebut) yang tepat, maka masih

diperlukan kawat jangkar.

12.8.6 Sudut maksimum yang diperbolehkan tanpa kawat jangkar

Hampir merupakan suatu hal yang mustahil untuk membuat saluran udara dengan

berbagai macam pertimbangan panjang, seperti pada jalur transmisi tanpa adanya sudut yang

bervariasi mulai dari beberapa derajat hingga 90 derajat atau lebih.

Jika tensi dari konduktor dalam bentang yang berdekatan bernilai sama, maka sudut

maksimum yang diperkenankan tanpa menggunakan kawat jangkar dalam suatu

jalur/saluran dapat ditemukan melalui formula berikut,

+ + 2 sin

2 =

100 M (12.23)

dimana:

Mgp = Total momen pembengkokan karena angin pada tiang (lb-ft)

Mtc = Total momen pembengkokan karena angin pada konduktor (lb-ft)

Mr = Momen pembengkokan karena tensi pada konduktor (lb-ft)

Se = Tahanan bumi/tanah dalam berpindah/bergeser

T = Tensi maksimum konduktor dalam bentang yang berdekatan (lb)

hag = Tinggi tiang diukur dari permukaan tanah (ft)

Jika sudut pada saluran lebih besar dari sudut maksimum yang diperkenankan

(diperoleh melalui persamaan 12.16), maka kawat jangkar perlu digunakan.

Gambar 12.14 Variasi teknik pejangkaran: (a) anchor guy; (b) stub guy; (c) pole-to-stub-

to-anchor guy; (d) pole-to-pole guy.

25

12.8.7 Pejangkaran

Ketika sebuah tiang tidak cukup kuat untuk menahan tekanan maka menyebabkan

tiang bengkok oleh gaya yang tidak seimbang, sehingga membutuhkan pejangkaran.

Contohnya saat tiang mengalami perubahan arah jalur, ketegangan konduktor akan ditopang

oleh penjangkaran yang ada pada tiang lainnya, atau ground anchor atau stub. Pada

umumnya penggunaan jangkar adalah harga mati.

Kekuatan dari penjangkaran harus cukup besar untuk menahan seluruh tekanan

horizontal pada arah kerjanya, Tiang bertindak hanya sebagai sebuah penyangga yang

menahan bagian vertikal dari tegangan jangkar. Strukturnya seperti frame-A, push braces

dan yang lainnya biasanya digunakan penjangkaran untuk aplikasi lain, tapi paling umum

untuk intalasi jangkar atau kawat baja atau material kuat lainya digunakan untuk menahan

tekanan. Gambar 12.14 merupakan ilustrasi dari teknik pejangkaran. Gambar 12.15

memperlihatkan sebuah rencana dan tampilan ketinggian dari sebuah instalasi jangkar pada

suatu sudut. Gambar 12.16 merupakan instalasi penjangkar dead-end.

Pejangkaran terikat pada tiang-tiang dengan membungkus dua kali atau lebih pada

sekitar tiang dan menempel pada ujung-ujung bagian utama dari jangkar, biasanya terikat

pada satu atau lebih jangkar. Bagaimanapun, baru-baru ini jangkar melekat pada tiang

dengan menggunakan thimble-eye atau jangkar eye bolt dan sebuah stubbing washer seperti

pada Gambar 12.17.

Penempatan jangkar harus sedekat mungkin ke titik dimana sisi resultan gaya tarik

yang dibebankan pada struktur pendukung. Jika sejumlah cross-arms terpasang pada kutub

dengan ketinggian yang berbeda, kemudian beban pada ketinggian diubah untuk penerapan

beban pengganti pada level dimana jangkar melekat.

Biasanya satu atau dua isolator regang telah terpasang pada jangkar untuk

menghalangi bagian yang lebih rendah menjadi penguatan listrik melalui kontak dari bagian

yang lebih tinggi dengan konduktor atau melalui rugi-rugi. Gambar 12.17 menunjukkan

komponen dasar dari sebuah kawat jangkar, yang mana termasuk kawat jangkar, penjepit,

jangkar dan isolator regang. Kawat jangkar biasanya terbuat dari tembaga, galvanis, atau

baja.

Burring logs dimana disebut dead-men, kawat dari jangkar ditancapkan dalam tanah

seperti Gambar 12.14c. Kondisi tanah diabaikan begitu saja karena sering memperburuk

kondisi kayu. Justru pada prakteknya, jangkar metal digunakan pada tipe-tipe dari tanah

lembek sampai batuan padat.

12.8.8 Perhitungan Ketegangan Penjangkaran

Mengingat kutub dead-end didukung oleh kawat jangkar, seperti Gambar 12.18.

Diasumsiakan bahwa garis konduktor diangkat melalui tiang pada perbedaan tinggi. Bagian

resultan side-pull untuk keseimbangan tegangan pada kawat jangkar. Regang Tg dapat dibagi

menjadi 2 komponen yaitu Th dan Tv. Tambahan momen lekuk diciptakan oleh T1 dan T2

beban pada tinggi h1 dan h2 , Masing-masing harus seimbang dengan momen lekuk Th.

26

Gambar 12.15 Instalasi pejangkaran pada sebuah sudut: (a) plan; (b) elevation.

Gambar 12.16 Instalasi pejangkaran dead-end: (a) plan; (b) elevation.

Dimana :

= (12.24)

atau

= 1 1 + 2 2 (12.25)

Sehingga komponen horizontal dari tekanan pada kabel pejangkaran adalah

= 1

(1 1 + 2 2 )

27

Th = komponen horizontal dari ketegangan kawat jangkar dalam pounds,

T1 = beban horizontal pada tinggi h1 dalam pounds,

T2 = beban horizontal pada tinggi h2 dalam pounds,

hg = tinggi letak titik dari jangkar dalam feet,

h1 = tinggi beban horizontal T1 dalam feet,

h2 = tinggi beban horizontal T2 dalam feet,

Gambar 12.17 Komponen dari instalasi penjangkaran anchor.

Gambar 12.18 Diagram pembebanan pejangkaran.

dari Gambar 12.18

tan =

(12.27)

Atau

28

= tan1 (

) Daftar (12.28)

Dimana L adalah ujung jangkar dalam feet. Kemudian, ketegangan kawat jangkar adalah

=

cos (12.29)

Atau

= sec (12.30)

Dimana

= 1 + (

)

2

(12.31)

Sehingga

= sec = 1 + (

)

2

Selanjutnya,

tan =

(12.32)

Atau

tan =

(12.33)

Dan komponen vertikal dari tekanan pejangkaran adalah

= tan (12.34)

Atau

= (

) (12.35)

Oleh karena itu, total beban vertikal pada tiang adalah

=

+ + (12.36)

Dimana:

Wv = total beban vertikal pada tiang dalam pounds,

Wp = berat tiang dalam pounds,

We = berat peralatan, hardware, dan konduktor pada tiang dalam pounds,

Saat sudut dari menurun, ketegangan Tg pada kawat jangkar dan komponen vertikal

Tv juga menurun, sehingga kenyataan bahwa komponen horizontal ketegangan kawat

29

jangkar Th tetap sama. Dimana dalam prakteknya, garis singgung dari sudut harus dijaga

minimum.

Jika titik peletakan yang diberikan jangkar terlalu jauh dari pusat beban horizontal

T1 dan T2, tekanan pada titik tiang menjadi penting. Kemudian pembengkokan pada titik

tiang menjadi:

= 1(1 ) + 2(2 ) (12.37)

Ini seharusnya tetap dijaga lebih kecil dari nilai minimum yang diperlukan saat menahan

tiang.

12.9 KWALITAS KONSTRUKSI

Kriteria yang digunakan pada kekuatan yang dibutuhkan dari jalur disebut grades of

construction. Secara khusus kwalitas konstruksi pada dasar dari nilai kekuatan konstruksi

untuk keselamatan. Menurut pola NESC kwalitas untuk sumber dan saluran komunikasi

melalui huruf B, C, D, dan N. Grade B merupakan yang paling tinggi dan terkuat. Grade D

lebih spesifik untuk jalur komunikasi, dan lebih tinggi dari grade N.

Kwalitas yang digunakan tergantung dari tipe rangkaian, tegangan dan sekitar

saluran. Contohnya sebuah power-line dengan beberapa tegangan yang melewati jalur utama

dari jalur kereta api maka membutuhkan pembangunan Grade B, tapi pada kondisi tertentu

mungkin lebih rendah seperti Grade N. Tambahan dari NESC mengharuskan ada aturan

setempat dan regulasi lokal dalam pembangunan.

12.10 KAWAT KONDUKTOR

Tembaga dan alumunium merupakan metal yang sering digunakan dalam sistem

distribusi. Kriterianya meliputi konduktifitas, biaya, kekuatan mekanik, dan berat. Akibat

kriteria tersebut konduktor tembaga merupakan yang terbaik dan konduktor alumunium

adalah konduktor yang terbaik kedua dalam konduktifitas dan ketersediaan. Keuntungan

alumunium mempunyai sekitar 70% berat yang lebih ringan, tapi konduktifitas sekitar 61%

lebih jelek dari tembaga. Kekuatan putusnya sekitar 43% dari hard-drawn tembaga.

Umumnya konduktor alumunium dinilai setara atau sama konduktor tembaga dengan 2

ukuran AWG lebih kecil, dengan hambatannya hampir identik.

Faktor efektif tegangan drop, rugi daya dan kekuatan mekanik mencegah sag yang

berlebihan adalah hal yang penting dalam memilih tipe konduktor untuk saluran udara.

Dalam menghasilkan batas pentanahan yang tepat tanpa meningkatkan tinggi tiang secara

berlebihan, untuk daerah pedesaan jalur distribusi udara dengan masa beban yang lebih

rendah dan rentang yang lebih panjang, konduktor dengan kekuatan tarik tinggi biasanya

lebih baik. Meskipun, untuk distribusi perkotaan bawah tanah, melayani beban tinggi dalam

area padat, kapasitas arus yang dibawa dan tegangan jatuh merupakan hal penting dalam

memilih tipe konduktor.

Konduktor tembaga mempunyai diameter relatif kecil, padat, dalam perbandingan

dengan kapasitas arus bawaan, ini memungkinkan dalam area minimum dengan beban yang

berangin dan dingin. Ini merupakan keuntungan yang baik untuk faktor keselamatan bagi

tiang dan penjangkaran yang sedikit terhadap beban melintang.

30

Namun, karena perbandingan rasio yang rendah dari kekuatan pada berat, konduktor

tembaga perlu mewajibkan sag yang lebih besar ketika dibandingan dengan copperweld atau

konduktor ASCR. Karena sag yang lebih bagus, tiang yang lebih tinggi atau jarak yang lebih

pendek dapat digunakan untuk ketersediaan ruang tanah memadai pada kondisi temperatur

maksimum.

Penghantar tembaga atau kabel dibuat dengan kekerasan yang standar 1. Hard-drawn

2. Medium hard-drawn dan 3. Soft-drawn. Tembaga hard-drawn mempunyai kekuatan tarik

paling baik dan digunakan untuk jalur overhead dengan panjang jarak 200 kaki atau lebih.

Tembaga medium hard-drawn mempunyai kekuatan tarik lebih rendah dan biasa digunakan

untuk jalur saluran udara distribusi lokal dengan jarak yang lebih pendek. Tembaga soft-

drawn mempunyai kekuatan tarik paling kecil dan digunakan hanya untuk yang spesifik

untuk kabel bawah tanah karena flexiblelitasnya lebih baik. Kapasitas transmisi maksimum

dalam pemberian rugi daya dan tegangan drop lebih besar pada konduktor tembaga hard-

drawn. Kawat hard-drawn mempunyai tarikan dingin untuk ukuran dari stock bar tembaga.

Proses tarikan dingin ini meningkatkan kekuatan tarikan dari tembaga, mengeraskan dan

sedikit menurunkan konduktifitas.

Jika kabel tembaga hard-drawn mengalami kenaikan temperatur untuk waktu

beberapa periode, ini sedikit mengurangi daya rentang dan kabel menjadi lunak dan lebih

mudah berubah. Mengingat kabel tembaga soft-drawn adalah kabel dingin untuk ukuran dan

lebih mudah berubah.

Sekitar daya rentang alumunium ukuran inti baja memerlukan daya rentang terutama

digunakan pada jaringan transmisi di pedesaan. Ini disebut kabel alumunium yang diperkuat

dengan inti baja dan banyak dibuat oleh ACSR. Perkembangan daya rentang alumunium

campuran yang tinggi salah satu alternatif kabel penghantar campuran alumunium dan

semua campuran penghantar alumunium (AAAC), juga disebut penggabungan kondutivitas

dengan daya rentang.

Karena hambaran yang tinggi, penghantar baja penerapan digunakan di jaringan

distribusi. Tetapi daya rentang baja yang tinggi yang dilindungi dengan lapisan tembaga,

disebut tembaga berlapis, atau dengan kulit yang dilapisi alumunium, disebut alumunimum

berlapis, memiliki konduktivitas 40% dari tembaga saat digunakan.

Ketika konduktifitas penghantar tinggi dan daya rentang tinggi diperlukan, campuran

tembaga dengan tembaga berlapis menghasilkan penghantar yang disebut tembaga berlapis

tembaga. Campuran penghantar yang lain dibuat dari kabel alumunium keras bercampur

dengan alumunium berlapis. Beberapa kabel dibuat dari kabel berlapis atau alumunium

berlapis karena kabel lebih memiliki daya tahan lama dari pada kabel baja galvanisir.

Secara umum, ukuran penghantar digunakan untuk saluran transmini menetukan

daya listrik yang disalurkan dan drop tegangan yang diizinkan. Untuk keperluan daya

rentang mekanik, kedudukan ukuran minimum penghantar adalah mudah dilaksanakan.

Spesifikasi NESC ukuran minimum penghantar memperbolehkan untuk digunakan.

12.11 JENIS ISOLATOR

Isolator pada saluran udara diklasifikasikan menjadi (1) pin-type insulators, (2)

suspension insulators, and (3) strain insulators. Isolator jenis pin (pin-type insulators)

31

digunakan untuk tegangan rendah dan sedang dalam jaringan distribusi. Untuk jenis

suspensi (suspension insulators) digunakan untuk seluruh jalur tegangan. Strain insulators

digunakan pada kawat jangkar dan untuk saluran/ jalur rendah terakhir/ buntu.

Biasanya jenis isolasi pin (pin-type insulators) atau jenis suspensi (suspension

insulators) digunakan untuk saluran tegangan yang tidak lebih 70kV (

32

Gambar 12.19 Susunan Vee dari untaian isolator suspensi membawa empat bundle

konduktor per phasa. (Dari Ohio Brass Company)

Gambar 12.19 menunjukan susunan V (rangkaian V) tekanan isolator rangkaian

membawa empat lingkaran konduktor per fasa. Dari penjelasan titik di gambar, rangakain V

lebih efektif dari pada rangkain vertikal karena kemungkinan dari self-cleaning. Kedua

sisi setiap isolator rangkaian-V mengarah ke hujan, membiarkan penghamburan menjadi

lebih efisien.

12.12 PEMAKAIAN BERSAMA

Terdapat hal yang menguntungkan saat menggunakan penyambung tiang secara

bersama, bagaimanapun, ketika kerangka pendukung dari saluran tegangan tinggi digunakan

dengan peralatan yang lain, seperti telepon atau sistem komunikasi yang lain, faktor

penambahan memberikan masalah pada perancangan kabel jaringan disamping itu

memerlukan pertimbangan di keadaan dari jaringan bertegangan itu sendiri. Sebagai contoh,

sering kali kwalitas kerangka yang tinggi diperlukan, dan pertimbangan harus memberikan

memerlukan pemisahan antara konduktor dan dua peralatan yang lainnya.

Kerugian memberikan pemikul tiang penyambungan dengan perusahaan terdapat

pada bagian di pemilik tiang. Pada umumnya, alokasi suatu bidang membuat ukuran jarak

menugaskan pemilik. Kerugian jarak ruang antara rangkaian tegangan tinggi dan tegangan

rendah biasanya diganti dengan rangkaian tegangan tinggi. Bagaimanapun, memerlukan

jarak ruang, antara tegangan dan rangkaian komunikasi atau antara perlengkapan paling

rendah dan zona netral, yang mana tidak mempedulikan dalam menentukan persentasi

kepemilikan. Itu juga memungkinkan tiang menggunakan sambungan dibawah standart,

yang mana tempat sewa hanya menempati bagian yang kosong.

33

Secara umum, konduktor ditempatkan pada suatu susunan dimana untuk konduktor

tegangan tinggi ditempatkan pada bagian yang lebih tinggi dibandingkan konduktor

bertegangan rendah, seperti ditunjukkan di Gambar 12.20.

Gambar 12.20 Bagian dari jarak tiang.

12.13 VIBRASI PADA KONDUKTOR

Kegagalan konduktor dalam tekanan yang ada dibawah perancangan tekanan

maksimum (maximum design stresses) dapat mengalami fenomena kelelahan (fatigue)

akibat getaran vertikal yang begitu cepat pada konduktor (dari 15 Hz sampai 100 Hz) yang

disebabkan adanya angin yang berhembus dengan kencang melewati saluran. Secara

umum, vibrasi mekanis pada saluran udara dan kawat pentanahan terdapat 6 jenis, yaitu:

Aeolian Vibration. Merupakan osilasi resonansi yang disebabkan oleh pusaran yang

berasal dari sisi belakang konduktor dari arah angin datang (leeward side) dalam angin yang

berhembus dengan kencang. Angin tersebut membuat konduktor berosilasi dengan

amplitudo sebesar diameter konduktor dan frekuensi isolasi antara 2-150 Hz. Vibrasi ini

dapat menyebabkan kegagalan pada kawat konduktor. Hal ini dapat menyebabkan kawat

bersenandung di dalam terjangan angin. Aeolion vibration dapat dikendalikan dengan

menambahkan energi menghilangkan peredam vibrasi (biasanya stockbidge), dimana

penambahan berkaitan dengan konduktor. Seperti peredam penyusunan pendulum tipe

susunan konduktor getaran dan tidak cukup menyerap energi untuk berhenti atau sangat

mengurangi getaran. Aeolian vibration dapat juga dicegah dengan mengunakan batang plate

lapis baja dan atau mengurangi tekanan konduktor, dan digunakan konduktor peredam

sendiri, baru baru ini mengembangkan pilihan kendali yang lain.

Swinging of Conductors Caused by Changes in Wind Pressure. Adalah vibrasi yang

diakibatkan perubahan tekanan angin. Selama terdapat zona netral yang memadai antar

34

konduktor dalam mencegah timbulnya hubung singkat antar konduktor (flashover), maka

getaran ini tidak berbahaya.

Galloping. Pada umumnya disebabkan karena terbentuknya permukaan nonuniform

airfoil pada konduktor oleh es. Hal ini dapat menjadi sangat parah karena frekuensinya yang

rendah dan sangat susah untuk dikontrol karena bentuk dari es dan kecepatan angin yang

berkombinasi menghasilkan suatu kondisi stabilitas kritis. Sebagai contoh, dalam kondisi

ini, kecepatan angin yang mencapai 15 mph dapat membuat konduktor berayun dengan

amplitudo 2 kali dari nilai lengkungan konduktor (conductor sag) hal ini dapat menyebabkan

hubung-singkat antar fasa pada saluran. Kesempatan peneliti dimana galloping ini dapat

menggantikan semua fasa konduktor dengan kabel pentanahan, karena multiple trip-outs. Itu

dapat menimbulkan kerusakan pada konduktor, pengatur jarak, dan menara. Walaupun

galloping menghasilkan gerakan keras, itu hampir membatasi daerah membeku dan itu

tergantung pada daerah dan angin. Secara lebih umum di daerah (seperti Nebraka, Lowa,

dan lain lain) dimana kecepatan datang angin sedang (19-35 mph). Tetapi beruntungnya

kedatangan angin sangat jarang.

Conductor Ice Loading and Shedding. Pembentukan dan pelelehan es yang

terjadi dengan begitu cepat pada konduktor dapat menyebabkan pergerakan vertikal

konduktor yang begitu besar (seperti melompat). Lompatan terburuk akan terjadi ketika es

meleleh pada titik tengah pusat bentangan konduktor dalam suatu bagian dan setelah es

tersebut jatuh dari bentangan pada bagian yang lain. Hal ini dapat dikontrol dengan

memasang isolator khusus yang dipasangkan pada titik suspensi dan dengan menambah masa

per satuan panjang dari saluran pada bagian lengan bentangan. Fenomena pergerakan

vertikal ini sangat dipengaruhi oleh panjang bentangan, tekanan, ukuran konduktor,

ketebalan es, dan jumlah es yang meleleh pada saat yang bersamaan. EPRI [6] memberi

saran kriteria untuk melelehkan es pada jaringan tegangan 138 kV:

1. Menganggap maksimum kesalahan melengkung mulai dari 6 inchi.

2. Menganggap konduktor atas memiliki beban es sama di atas 50% dari kriteria untuk

tidak sama gangguan udara beban es (biasanya 0,5 x 1 inchi atau 0,5 inchi).

3. Menganggap berat es adalah 57 lb/ft3.

4. Menganggap konduktor rendah, sebelumnya sama dengan beban es yang diatas, telah

tahan 25%.

5. Menganggap sisanya 75% dari es pada konduktor bawah tahan pada sekali waktu.

6. Awalnya menyediakan cukup pemisahan memastikan bahwa jarak ruangan

minimum kemudian melompat 16 inchi, cukup untuk bertahan 60 Hz.

Subconductor Vibration. Fenomena ini hanya dapat terjadi pada konduktor yang

terbundel dengan konduktor lain (bundle conductor). Aliran angin yang memasuki

konduktor yang terbundel ini menyebabkan pergerakan berbentuk elips pada konduktor

(elliptical motion). Fenomena ini dapat membuat kerusakan pada patahnya spacer (suatu alat

yang memisahkan 2 konduktor agar tidak menempel) dan hancurnya titik suspensi pada

isolator. Hal ini dapat dikontrol dengan menggunakan penyerap vibrasi (vibration

damper) dan memperbanyak spacer antar bentangan.

Corona Vibration. Pada umumnya fenomena ini terjadi pada musim penghujan

ketika air yang menempel pada konduktor terlempar oleh suatu gaya paksa akibat medan

35

gaya medan elektrostatis pada bagian bawah konduktor. Pergantian vibrasi dalam beberapa

inchi dapat muncul diantara simpul getaran pada suatu bentangan. Getaran korona ini

menjadi perhatian yang serius pada jalur transmisi UHV (Ultra High Voltage).

Dengan tanpa terkecuali corona vibration, baru baru ini dikembangkan kejadian

vibration dapat juga menyebabkan permasalahan pada kendali yang digunakan untuk

melindungi konduktor itu sendiri. Sebagai contoh, sejak dua faktor yang menyebabkan

gerakan konduktor, yaitu, bentuk konduktor dan cuaca, Kaiser Alumunium enggineers

menarik kesimpulan bahwa gerakan induksi angin dapat dikendalikan dengan mengubah

gerakan konduktor. Ternyata konduktor memperlihatkan riwayat dari lamanya angin yang

masuk disekitar antar kerangka. Oleh karena itu, membelit kedua konduktor akan

memperlihatkan riwayat pengganti dari angin, demikian cara mencegah untuk membuat

gema yang bergetar (resonant vibration).

Sebab kondisi dibawah es, bentuk lapisan es gambar 8 dan dengan konstan mengganti

riwayat dari konduktor T2 yang akan perbuatan cukup merusak kerjang udara gerak

menghubungkan dengan memulai kasar terhadap konduktor. Sebuah konduktor T2

menyusun dua rentetan konduktor alumunium membelit faktor untuk membuat salah satu

lengkap 360 perubahan secara berangsur-angsur kira-kira lebih setiap 9 kaki dari jarak. Ini

riwayat seperti gambar 8. Hasil susunan ini berangsur-angsur diganti orientasi dari sumbu

major dan minor.

Sejak mengganti riwayat gangguan terhadap angin dengan tekanan angin itu akan

menambah gerakan konduktor. Karena ini adalah riwayat, konduktor T2 pada operasi

temperatur yang rendah dari pada standart konduktor sama lingkar alumunium mil daerah.

Operasi pada temperatur yang rendah maksudnya operasi dengan hambatan yang rendah,

lebih sedikit kelonggaran, lebih sedikit kehilangan kekuatan. Gambar 12.21 mengambarkan

instalasi konduktor dari T2. Gambar 12.22 memperlihatkan ujung dari tiang pembawa

konduktor T2.

36

Gambar 12.21 Instalasi dari konduktor T2: (a) clipping crew instalasi suspensi clamp; (b)

Tipe 345-kV dua konduktor clamp suspensi dan sepasang plate arrangement; (c) kawat

menggunakan dead end konduktor T2; (d) strain clamp dead ends. (Sumber dari Kaiser

Alumunium)

Gambar 12.22 Gambaran dari ujung tower membawa konduktor T2. (Sumber dari Kaiser

Alumunium)

37

12.14 PERGERAKAN KONDUKTOR AKIBAT ARUS GANGGUAN

Dua buah konduktor pembawa arus yang dipasang secara paralel akan berada pada

pengaruh gaya tarik dan tolak yang diakibatkan munculnya medan magnet, bergantung pada

arah arus tersebut. Besarnya gaya pada tiap konduktor dapat dihitung dengan

2

(12.38)

Dimana:

I = arus di konduktor

d = jarak antara konduktor

Jika arus yang mengalir memiliki arah yang sama, maka akan menimbulkan gaya

tarik diantara konduktor, namun sebaliknya akan menimbulkan gaya tolak. Saat terjadi

hubung singkat, gaya yang terbentuk dapat menjadi cukup besar dan membuat konduktor

bergerak dengan signifikan terutama jika kedua konduktor dipasang terlalu dekat (contoh

konduktor bundle di EHV atau UHV). Konduktor seperti itu bergerak sendiri pada jarak

arus yang salah dan jangka waktu yang salah dan pada waktu gangguan akan melibatkan

rangkaian pemutus.

Jika terdapat 2 jaringan bertegangan dengan jaringan bertegangan yang level berbeda

maka akan terjadi kesalahan yang dapat mengakibatkan arah aliran tegangan yang

berlawanan. Dua konduktor tersebut akan berjauhan dan pada arus yang salah akan terjadi

ayunan bersama. Jika terjadi kesalahan pada jaringan bertegangan yang berdekatan, maka

akan mengakibatkan kesalahan yang serius saat terjadi gangguan sehingga akan

mengakibatkan gangguan daerah yang tidak bergangguan. Sebelum terjadi seperti itu

seharunya diperhitungkan untuk memisahkan saluran tegangan dengan saluran bertegangan

atau menetapkan jarak yang dibutuhkan untuk isolator.

KESIMPULAN

Dari penjelasan materi konstruksi saluran udara diatas maka dapat disimpulkan bahwa:

Terdapat beberapa faktor yang harus diperhatikan dalam merencanakan suatu

konstruksi saluran udara seperti keadaan wilayah rute konstruksi saluran/ jalur

transmisi atau distribusi yang akan digunakan sebagai tempat konstruksi,

perhitungan peralatan bagian dari konstruksi saluran udara secara teoritis harus

diperhatikan, dan pembuatan keputusan konstruksi berpengaruh pada dampak

pembangunan konstruksi saluran udara, serta regulasi dan perturan setempat atau

daerah yang dilewati jalur saluran udara tegangan tinggi diperlukan sebagai perhatian

terhadap masyarakat sekitar konstruksi saluran udara.

Desain yang digunakan untuk konstruksi dari saluran udara merupakan desain

optimum dari suatu konstruksi yang memperhatikan jarak aman (clearances) untuk

keamanan dan efisiensi konstruksi dari segi biaya (ekonomis) tanpa mengurangi

tingkat minimum keamanan menurut regulasi dan peraturan yang telah ditetapkan.