KONSTRUKSI SALURAN UDARA PDF

Preview

Summary

TUGAS MAKALAH TRANSMISI TEGANGAN TINGGI KONSTRUKSI SALURAN UDARA Oleh: Azfar Muhammad 2213106004 Peihong Sinaga 2213106012 Arfanizar Fathurochman 2213106018 M. Fadli Mulia 2213106055 Dosen Pembimbing : Dr. Ardyono Priyadi, ST., M.Eng. NIP : 197309271998031004 TEKNIK SISTEM TENAGA INSTITUT TEKNOLOGI ...

Description

TUGAS MAKALAH TRANSMISI TEGANGAN TINGGI

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Oleh: Azfar Muhammad

2213106004

Peihong Sinaga

2213106012

Arfanizar Fathurochman

2213106018

M. Fadli Mulia

2213106055

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

:

197309271998031004

TEKNIK SISTEM TENAGA INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SUKOLILO SURABAYA 2014

DAFTAR ISI DAFTAR ISI

i

DAFTAR GAMBAR

ii

DAFTAR TABEL

iii

1. 2. 3. 4. 5.

PENDAHULUAN FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KONSTRUKSI SALURAN UDARA KARAKTERISTIK RUTE IZIN PENDIRIAN RUTE BEBAN MEKANIS 5.1. Definisi Tekanan 5.2. Elastisitas 5.3. Beban NESC 5.4. Tekanan Angin 6. RUANG NETRAL/ZONA NETRAL 6.1. Zona Netral Horizontal 6.2. Zona Netral Vertikal 6.3. Zona Netral pada Persimpangan Kabel 6.4. Jarak Horizontal Antar-Konduktor 7. JENIS STRUKTUR PENDUKUNG 7.1. Jenis Tiang 7.2. Jenis Tanah dan Pengaturan Tiang 8. PERHITUNGAN MEKANIS 8.1. Pendahuluan 8.2. Momen pembengkokan akibat angin pada konduktor 8.3. Momen pembengkokan akibat angin pada tiang 8.4. Tekanan akibat sudut pada jalur 8.5. Penentuan kekuatan terhadap sudut tiang 8.6. Sudut maksimum yang diperbolehkan tanpa kawat jangkar 8.7. Penjangkaran 8.8. Perhitungan tensi pada kawat jangkar 9. KUALITAS KONSTRUKSI 10. KONDUKTOR 11. JENIS ISOLATOR 12. PEMAKAIAN BERSAMA 13. VIBRASI PADA KONDUKTOR 14. PERGERAKAN KONDUKTOR AKIBAT ARUS GANGGUAN 15. KESIMPULAN

1 1 1 2 3 3 4 5 6 7 7 7 8 12 13 13 19 19 19 20 22 25 26 27 28 31 33 34 34 35 36 37 37

SUMBER PUSTAKA

38

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

i

DAFTAR GAMBAR Gambar 5.1 Tensile Stress Gambar 5.2 Compressive Stress Gambar 5.3 Shearing Stress Gambar 5.4 Diagram Tekanan dan Tegangan pada material Gambar 5.5 Peta beban mekanik untuk saluran udara standard NESC Gambar 7.1 Desain tiang tunggal yang digunakan pada jaringan distribusi Gambar 7.2 Desain kolom tunggal Gambar 7.3 Desain kolom ganda Gambar 7.4 Teknik letak penanaman tiang Gambar 8.1 Diagram beban tiang Gambar 8.2 Skematik tiang dengan 2 cross-arm Gambar 8.3 Gambaran horizontal dari sudut tiang dan diagram gaya Gambar 8.4 Instalasi 2 kawat jangkar ketika sudut datang pada jalur/saluran lebih dari 60 derajat Gambar 8.5 Berbagai macam teknik penjangkaran Gambar 8.6 Instalasi kawat jangkar pada suatu sudut Gambar 8.7 Instalasi kawat jangkar pada tiang akhir Gambar 8.8 Bagian instalasi kawat jangkat dengan menggunakan Thimble-eye Gambar 8.9 Diagram beban kawat jangkar Gambar 12.1 Penyusunan ruang pada tiang

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

3 3 4 5 6 15 15 16 18 20 21 25 26 28 29 30 30 32 35

ii

DAFTAR TABEL Tabel 6.1 Zona Netral konduktor yang lewat namun tidak menempel/terikat terhadap bangunan (ft) Tabel 6.2 Zona Netral Vertikal minimum konduktor diatas tanah atau rel (ft) Tabel 6.3 Zona Netral Persimpangan Kawat pada Struktur Berbeda (ft) Tabel 6.4 Zona Netral Horizontal antar kabel konduktor berukuran lebih kecil dari No.2 AWG pada tiang berdasarkan lengkungan(sag) Tabel 6.5 Zona Netral Horizontal antar kabel konduktor berukuran No.2 AWG atau lebih pada tiang berdasarkan lengkungan(sag) Tabel 7.1 Standar dimensi tiang kayu Tabel 7.2 Standar pengaturan kedalaman tiang yang dibutuhkan Tabel 7.3 Berbagai macam tahanan tanah yang digunakan sebagai media penahan tiang Tabel 8.1 Momen resistansi dari tiang kayu

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

9 10 11 13 13 17 18 19 24

iii

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 1. PENDAHULUAN Konstruksi saluran udara pada umumnya hanya memakan biaya 15 hingga 60 persen lebih murah dibandingkan konstruksi saluran bawah tanah dan lebih ekonomis. Pertimbangan pertama dalam merancang konstruksi saluran udara adalah karakteristik elektris. Suatu rancangan saluran harus mampu untuk mentransmisikan daya yang dibutuhkan tanpa adanya drop tegangan atau rugi-rugi energi, dan isolasi saluran harus memadai untuk melindungi saluran. Faktor mekanis yang mungkin akan memberi pengaruh terhadap saluran udara juga harus menjadi bagian pertimbangan. Hal-hal yang mempengaruhi dan menjadi pertimbangan dalam perancangan konstruksi saluran udara akan dibahas pada makalah ini. 2. FAKTOR YANG MEMPENGARUHI KONSTRUKSI SALURAN UDARA Secara umum, faktor yang mempengaruhi perancangan mekanis dari saluran udara adalah :  Karakteristik Rute.  Izin Pendirian Rute.  Beban Mekanis.  Ruang Netral/Zona Netral.  Jenis Struktur Pendukung.  Kualitas Konstruksi.  Konduktor.  Tipe Isolator.  Pemakaian Bersama. 3. KARAKTERISTIK RUTE Rute pendirian saluran transmisi udara pada umumnya dirancang melewati beberapa negara atau wilayah dengan izin pendirian secara privat (izin pendiriat rute bergantung pada setiap negara yang dilewati oleh rute transmisi tersebut, tiap wilayah/negara memiliki standar perizinan yang berbeda-beda) dalam tujuan untuk mendapatkan rute sedekat mungkin dengan daerah yang tepat untuk pendirian tiang dan menghindari bangunan, jalan, jalan layang, dan saluran tengangan rendah. Saluran udara tegangan rendah dibuat berdekatan dengan jalan maupun jalan layang, hal ini bertujuan agar memudahkan saluran untuk terhubung kepada konsumen dan untuk memudahkan akses untuk perbaikan dan pemeliharaan saluran. Konstruksi ini berbeda dengan konstruksi transmisi saluran udara yang tidak berhubungan secara langsung dengan konsumen sehingga sebisa mungkin menghindari lokasi-lokasi seperti yang telah disebutkan pada paragraf sebelumnya. Untuk saluran udara rendah atau saluran distribusi pada daerah pusat kota atau pinggiran kota, antar tiang saluran ditempatkan dengan jarak 100 sampai 150 ft, hal ini bertujuan untuk mencari titik paling mudah melakukan pemeliharaan dan juga untuk

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

1

KONSTRUKSI SALURAN UDARA memperkecil jarak pemeliharaan seminimum mungkin. Dipinggir jalan, tiang ditanam beberapa ft dibawah trotoar. Saluran transmisi kemungkinan memliki jarak regangan sebesar beberapa ratus ft. Karakteristik wilayah/negara dimana saluran ini akan ditempatkan akan mempengaruhi jenis konstruksi tiang, konduktor, dan isolator yang akan dipakai. Penentuan tempat/wilayah atau rute dimana saluran udara ini akan didirikan membutuhkan keputusan, pengalaman, dan keahlian yang tepat dalam meminimalisir biaya izin pendirian dan biaya konstruksi serta untuk menyediakan kemudahan pemeliharaan dan mengurangi gangguan operasi dalam waktu mendatang Secara umum faktor yang mempengaruhi panjang dari regangan adalah :  Karakteristik rute.  Zona netral yang tepat bagi konduktor.  Tekanan berlebih saat beban maksimum.  Struktur yang memadai untuk menahan beban tambahan. 4. IZIN PENDIRIAN RUTE Sangat penting untuk memiliki semua izin yang dibutuhkan sebelum perancangan rute ini mencapai tahap akhir. Izin yang dimaksud merupakan izin pendirian saluran diatas wilayah yang dilewati oleh saluran transmisi yang telah dirancang. Apabila wilayah yang dilewati oleh saluran tersebut merupakan wilayah berpemiliki, ada dua cara yang dapat dilakukan, yaitu :  Mengajukan izin sewa wilayah agar wilayah tersebut dapat dilalui saluran udara.  Mengajukan izin pembelian wilayah. Secara umum cara kedua lebih dipilih dibandingkan cara pertama. Pembelian lahan/wilayah secara permanen akan memudahkan perancangan dan pendirian konstruksi saluran udara karena lahan/wilayah tersebut sudah terbebas dari pemilik sebelumnya. Namun apabila wilayah tersebut merupakan wilayah milik daerah/negara setempat, maka diperlukan perizinan khusus untuk menggunakan wilayah tersebut sebagai sarana transmisi saluran udara yang mencakup beberapa hal, yaitu:  Izin untuk mendrikian seluruh pelatan pendukung.  Izin untuk mengakses setiap peralatan pendukung.  Izin untuk membersikah rute dari pepohon dan semak belukar dengan lebar 10 ft lebih besar dari ruang penempatak kondukor guna menyediakan ruang kerja yang cukup untuk konstruksi.  Izin untuk menghilangkan semua pepohon yang mungkin akan mengganggu zona netral minimum yang dibutuhkan apabila konduktor tersebut jatuh.  Izin untuk menghilangkan semua pepohon yang mungkin akan mengganggu zona netral minimum yang dibutuhkan apabila konduktor tersebut berayun karena terjangan angin.

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

2

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 

Izin untuk menghilangankan segala jenis penghalang, seperti bangunan, lumbung padi, dan lain-lain yang dapat menimbulkan kebakaran.

Sebagai aturan, pepohon yang mungkin akan menimbulkan interferensi terhadap konduktor harus dipotong atau dihilangkan, karena dikhawatirkan pertumbuhan pohon akan mengganggu konduktor ketika konduktor berada dalam bentuk melengkung karena pemuaian dan dikhawatirkan akan timbulnya hubung singkat antara konduktor dengan tanah melewati pohon tersebut. Namun ketika penebangan pohon tidak memungkinkan, maka konduktor harus dipisahkan dari pepohonan dengan material isolasi yang sesuai atau alat untuk mencegah konduktor tergores dan terhubung singkat melalui pepohonan tersebut. 5. BEBAN MEKANIS 5.1. Definisi Tekanan Beban mekanis dalam hal ini adalah kondiksi eksternal yang memproduksi tekanan mekanik pada konduktor saluran dan peralatan pendukung, yaitu tiang atau menara. Beban mekanik juga termasuk berat dari konduktor dan struktur itu sendiri. Struktur merupakan subjek beban vertikal dan horizontal. Beban vertikal berupa berat dari peralatan seperti isolator, konduktor, trafo, crossarm, dan lain-lain. Termasuk didalamnya adalah es yang berada pada struktur dan konduktor ketika musim dingin. 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 jenis tekanan, yaitu: 1. Tensile Stress. 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 5.1 Tensile Stress.

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

Gambar 5.2 Compressive Stress.

3

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 2. Compressive Stress. Merupakan kebalikan dari Tensile Stress, contohnya adalah trafo yang digantung pada tiang akan menyebabkan Compressive Stress pada tiang. 3. Shearing Stress. Disebabkan oleh 2 gaya yang bekerja secara berlawanan namun tidak dalam garis yang sama. Tekanan ini cenderung akan membuat objek terbelah menjadi dua.

Gambar 5.3 Shearing Stress.

4. Bending Stress. Disebabkan oleh gaya yang bekerja pada selurh badan objek. Sebagai contoh, tiang yang berada pada suatu tikungan apabila tidak diberi kawat jangkar maka akan mengalami Bending Stress. 5. Twisting Stress or Torque. Disebabkan oleh gaya putar yang bekerja pada objek, gaya putar ini terbentuk akibat tidak samanya tekanan yang terbebankan terhadap 2 sisi tiang. 5.2. Elastisitas Elastisitas merupakan ciri dari material yang dapat mengembalikan bentuknya kembali kedalam bentuk semula setelah mendapat tekanan. Rasio dari tekanan normal untuk menegang disebut modulus young (modulus elastisitas). Setiap material memiliki batas elastisitas, apabila batas ini terlampaui, material terebut masih dapat bekerja namun akan sedikit demi sedikit kehilangan karakteristik elastisitasnya hingga pada akhirnya akan timbul suatu kegagalan. 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 yang diperkenankan atau dapat disebut tekanan kerja. Rasio dari tekanan kerja hingga kekuatan tertinggi dari material disebut dengan faktor keamanan desain (design safety factor). Faktor ini digunakan untuk menguji suatu material yang dikenakan tekanantekanan tertentu untuk menentukan kekuatan tertinggi (dalam hal ini elastisitas) dari material sebelum material tersebut rusak.

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

4

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

Gambar 5.4 Diagram Tekanan dan Tegangan pada material.

NESC (National Electric Safety Code) pada umumnya memiliki standar faktor kemananan perancangan/desain untuk tiap-tiap wilayah/negara. Namun apabila di wilayah tersebut tidak terdaftar/terlihat pada NESC, maka material tersebut akan diuji dalam beberapa kondisi yang dibutuhkan hingga seorang teknisi/ahli mengambil keputusan akan nilai faktor keamanan perancangan/desain (design safety factor) yang tepat untuk digunakan. 5.3. Beban NESC Dalam merancang konstruksi saluran udara yang penting, data laporan cuaca dalam beberapa kurun waktu terakhir di wilayah tersebut harus dipelajari. Ketika kondisi yang ada pada saat itu berbeda dengan kondisi umum pada wilayah tersebut, saluran harus dirancang dan dibangun agar dapat menghadapi kondisi tersebut. Untuk wilayah pusat kota atau wilayah berpenghuni yang akan dilalui saluran udara, akan mudah menemukan data laporan peruabah kondisi cuaca atau iklim di wilayah tersebut dibandingkan pada daerah yang tidak berpenghuni, sehingga akan lebih sulit merancang sebuah desain yang mampu menghadapi kemungkinan cuaca terburuk yang terjadi di wilayah tersebut. Selain cuaca, data tekstur dari permukaan tanah juga diperlukan, untuk melihat kondisi kecepatan angin pada setiap permukaan tanah dengan ketinggian tertentu.

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

5

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

Gambar 5.5 Peta beban mekanik untuk saluran udara standard NESC.

Tujuan dari analisis beban NESC ini adalah untuk mendapatkan nilai perlindungan yang tepat dalam menghadapi beberapa keadaan cuaca, seperti tekanan akibat kecepatan angin yang begitu kencang dapat terjadi di wilayah-wilayah dataran rendah. Mungkin saja terdapat pembentukan es yang begitu hebat tanpa disertai hembusan angin yang kencang, atau mungkin kedua fenomena tersebut dapat terjadi. NESC mendefinisikan 3 beban tersebut kedalam kategori berat, sedang, dan ringan serta membagi wilayah/negara kedalam 3 area dimana 3 kategori ini kemungkinan terjadi. 5.4. Tekanan Angin Metode perhitungan tekanan angin pada permukaan silindris seperti konduktor atau tiang ditemukan oleh H. W. Buck, berikut adalah persamaan buck: 𝑝 = 0.00256 V2

lb/ft2

(5.1)

dimana V merupakan kecepatan angin dalam satuan mil/jam. Tekanan pada permukaan datar seperti pada cross-arm atau menara dengan arah angin normal dapat dikalkulasikan dengan menggunakan formula yang ditemukan oleh C. F. Marvin 𝑝 = 0.004

𝐵 30

V2

lb/ft2

(5.2)

dimana B merupakan tekanan barometric dalam milimeter merkuri (millimeters of mercury)

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

6

KONSTRUKSI SALURAN UDARA Persamaan tersebut dapat dituliskan 𝑝 = 0.004 V2

lb/ft2

(5.3)

karena pada umumnya B/30 bernilai 1. Dalam kondisi udara yang tetap (tidak berangin) konduktor menanggung gaya berat dari konduktor itu sendiri. Apabila temperatur pada konduktor tinggi pada saat yang bersamaan, maka lengkungan (sag) yang terbentuk akan menyebabkan tensi (tension) yang rendah. Kombinasi kondisi antara keadaan udara yang tetap dan temperatur tinggi merupakan kombinasi kondisi yang paling baik. Kondisi terburuknya adalah kombinasi dari temperatur rendah yang menyebabkan lengkungan mengecil dan bertambahnya tensi, ditambah dengan akumulasi dari salju/es yang terbentuk pada konduktor dimana menambah berat pada konduktor dan hembusan angin yang menerjang konduktor. 6. RUANG NETRAL Pada umumnya, zona netral yang perlu dipertimbangkan adalah : tanah, jalanan, bangunan, pohon, konduktor dan struktur dari saluran lain, konduktor lain dalam struktur yang sama, struktur itu sendiri, kabel jangkar dan beberapa peralatan dalam struktur, dan daerah tepi dari area perizinan. NESC memberikan ukuran zona netral minimum yang dibutuhkan. Setiap rating tegangan memiliki ukuran zona netral yang berbeda-beda. 6.1. Zona Netral Horizontal Lokasi penempatan tiang harus ditentukan untuk memberikan zona netral yang cukup dari jalanan, pipa pemadam kebakaran, lampu lalu-lintas, jalan kereta, dan lainlain. Dalam tabel 6.1 dapat dilihat zona netral dari konduktor yang melewati namun tidak terikat/menempel terhapadap bangunan dan instalasi lainnya kecuali jembatan. Tabel tersebut diambil dari NESC edisi 1984. Konduktor dalam satu saluran tidak boleh berjarak kurang dari 4 ft dari jalur yang bertentangan. Jika konduktor yang terpasang lewat dekat dengan tiang saluran udara yang lain, konduktor tersebut tidak boleh mengganggu ruang naik tiang tersebut (ruang naik merupakan ruang yang digunakan pekerja/teknisi dalam melakukan pemeliharaan dan perbaikan). 6.2. Zona Netral Vertikal Tabel 6.2 diambil dari NESC edisi 1984, menunjukan zona netral vertikal. Sebagai contoh, panjang regangan/bentangan kabel tidaklah lebih dari 175 ft pada kawasan berbeban-berat, 250 ft pada kawasan berbeban-sedang, dan 350 ft pada kawasan berbeban-ringan. Zona vertikal ini dipilih berdasarkan temperatur 60 oF dan tegangan tidak lebih dari 50 kV ke tanah. Untuk regangan/bentangan yang lebih panjang dan nilai tegangan yang lebih tinggi, nilai zona netral yang dibutuhkan berbeda, bergantung terhadap tensi (tension) kabel dan lengkungan (sag) kabel. KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

7

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 6.3. Zona Netral pada Persimpangan Kabel Zona netral pada persimpangan kabel harus dibuat pada struktur persimpangan yang praktis. Apabila tidak praktis, maka zona netral antara 2 buah kawat, konduktor, atau kabel yang bersimpangan satu sama lain dan dikaitkan dalam struktur yang berbeda tidak boleh lebih dari harga yang terdapat pada tabel 6.3 dengan tujuan mencegah kemungkinan kecelakaan kontak pada keadaan temperatur, beban es yang bervariasi. Zona netral tersebut dibuat dalam keadaan netral 60 oF dengan keadaan tak berangin dengan jarak bentang tidak lebih dari 175, 250, 350 ft untuk beban berat, sedang, dan ringan. Untuk regangan/bentangan yang lebih panjang dan nilai tegangan yang lebih tinggi, nilai zona netral yang dibutuhkan berbeda, bergantung terhadap tensi (tension) kabel dan lengkungan (sag) kabel.

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

8

Tabel 6.1 Zona Netral konduktor yang lewat namun tidak menempel/terikat terhadap bangunan (ft)

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

9

Tabel 6.2 Zona Netral Vertikal minimum konduktor diatas tanah atau rel (ft)

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

10

Tabel 6.3 Zona Netral Persimpangan Kawat pada Struktur Berbeda (ft)

KONSTRUKSI SALURAN UDARA

KELOMPOK 4 – MAKALAH KONSTRUKSI SALURAN UDARA

11

KONSTRUKSI SALURAN UDARA 6.4. Jarak Horizontal Antar-Konduktor NESC yang dibutuhkan untuk konduktor supply pada jaringan yang sama pada tegangan sampai 8.7 kV, zona netral horizontal minimum antara konduktor adalah 12 in., dan untuk tegangan yang lebih tinggi adalah 12 in. ditambah 0,4 in. per kilovolt diatas 8.7 kV. Zona minimum horizontal antar konduktor untuk konduktor supply pada jaringan yang berbeda adalah 12 in.; untuk tegangan antara 8.7 sampai 50 kV, zona netral adalah 12 in. ditambah 0,4 in. per kilovolt diatas 8.7 kV; dan untuk tegangan 50 kV sampai 814 kV, zona netral yang dibutuhkan adalah 28,5 in. ditambah 0.4 in. diatas 50 kV. Zona netral minimum yang ditentukan NESC untuk kabel konduktor lebih kecil dari No.2 AWG dapat dikalkulasikan dengan menggunakan formula: 1

Zona netral minimum = 0.3 𝑖𝑛.⁄𝑘𝑉 + 7(3 S − 8)1⁄2

(6.1)

dimana S mer...