Tegangan Langkah Ari

 

Tugas Sistem Tenaga Listrik 

  Nama  

NPM

: Ari Setyawa Setyawan n : 0806315830

  No. Absen : 3 (tiga)

Tegangan Langkah Tegangan langkah adalah beda potensial pada permukaan tanah dari dua titik yang  berjarak satu langkah yang dialami seseorang yang menghubungkan ke dua titik tersebut dengan kedua kakinya tanpa menyentuh suatu peralatan apapun. Adapun rangkaian kejadian dari tegangan langkah beserta rangkaian ekivalennya dapat dilihat pada Gambar dibawah ini

Pada saat terjadi fault seperti gambar diatas, tegangan pada tanah terdistribusi menurun seiring jaraknya terhadap pusat fault. Semakin jauh dari sumber, maka besar tegangan di tanah

 

semakin kecil. Tegangan langkah yang dimaksud adalah beda potensial antara dua kaki yang menginjak tanah. Semakin besar jarak antara dua kaki maka semakin besar tegangan langkah yang dialami. Keadaan seperti ini juga dapat terjadi ketika terjadi sambaran petir ke tanah.

Dari gambar rangkaian ganti diatas dapat dirumuskan besarnya tegangan langkah menjadi  persamaan matematis sebagai berikut: (1)

     Dimana : El

: Tegangan langkah (Volt)

Rk

: hambatan tubuh manusia (Ohm)

Rf

: hambatan kontak tubuh ke tanah (Ohm)

Ik

: arus yang melaui tubuh manusia (Ampere)

 

Besar arus yang mengalir melewati tubuh manusia menunjukkan tingkat bahaya yang

dapat ditimbulkan. Besar arus ini berbanding lurus dengan besarnya tegangan langkah. Dengan demikian, semakin besar tegangan langkah, maka resiko bahaya yang mungkin terjadi juga semakin besar. Oleh karena itu besar tegangan t egangan langkah memiliki batas nilai aman yang d diijinkan. iijinkan.

Besar Arus (mA)

Pengaruh terhadap tubuh manusia

0 - 0,9

Tidak terasa

0,9 - 1,2

Mulai terasa adanya arus listrik, listrik, tidak berbahaya

1,2 ± 1,6

Mulai terasa sedikit sengatan seperti kesemutan

1,6 ± 6

Mulai kesemutan

6±8

Tubuh terasa kaku, rasa kesemutan semakin bertambah

13 ± 15

Tubuh terasa sakit

15 ± 20

Otot tidak sanggup lagi melepaskan konduktor 

20 ± 50

Dapat menyebabkan kerusakan sel tubuh

50 ± 150

Pernapasan tertahan, resiko kematian

1000 ± 4300

Jantung kehilangan irama denyut, resiko kematian semakin besar 

10000

Kematian

Jika persamaan (1) ditelaah lebih lanjut lagi, dengan beberapa asumsi maka akan didapatkan persamaan lanjutan dari tegangan langkah sebagai berikut:

            

  (2)

Dimana : El

: tegangan langkah (Volt)



: hambat jenis tanah disekitar (Ohm meter)

 

t

: waktu kejut (detik)

dari penurunan persamaan diatas maka dapat disimpulkan bahwa besar tegangan langkah yang diijinkan dipengaruhi juga oleh waktu kejut.

Besar

tegangan langkah yang diijinkan

Dari persamaan (1) dengan beberapa asumsi dapat ditentukan besar tegangan langkah yang diijinkan

    

 

Dengan besar Ik adalah 0,134 A diambil dari besar arus fibrilasi, Rk diasumsikan sebesar  1000 Ohm, dan hambat jenis tanah diambil nilai 3000 Ohm meter. Didapatkan nilai El sebesar 2546 Volt. Arus fibrilasi adalah arus dimana besarnya dapat menyebabkan jantung mulai fibrilasi. Besar arus ini dijadikan batas arus aman pada perhitungan besar tegangan langkah. Besar arus

fibrilasi dihitung dengan asumsi waktu kejut sebesar 0,75 0 ,75 detik.

    

 

 

Pengambilan nilai waktu 0,75 detik dianggap sudah cukup realisis. Nilai tegangan langkah sebesar 2546 V dianggap masih pada batas aman namun tetap saja memiliki resiko membahayakan. Pada kenyataannya besar tegangan langkah yang terjadi pada daerah yang memiliki sistem grounding akan bernilai lebih kecil.

 

Cara

mengatasi tegangan langkah

Tegangan langkah yang terlalu besar dapat membahayakan manusia, karena tegangan langkah tersebut dapat menimbulkan arus mengalir ke tubuh manusia yang cukup besar. Untuk  mengatasinya dapat dilakukan beberapa cara. 1.  Menerapkan sistem pentanahan Dengan menerapkan sistem pentanahan maka besar tegangan langkah yang terjadi akan lebih kecil jika dibandingkan dengan besar tegangan langkah tanpa sistem pentanahan. Besar tegangan langkah yang terjadi dengan sistem pentanahan dirumuskan sebagai

 berikut

                   

 

 

Dengan Ki

: faktor koreksi

Ks

: faktor pengaruh pentanahan

n

: konstanta koreksi

h

: kedalaman penanaman konduktor 

D

: jarak antar konduktor paralel

2.  Menambahkan kerikil pada daerah yang beresiko Kerikil pada daerah yang rentan bahaya tegangan langkah dapat membuat hambatan kontak antara manusia dan tanah.

 

3.  Menerapkan mekanisme wajib APD Alat Pelindung Diri (APD) adalah peralatan preventif yang dipakai oleh pekerja saat didaerah yang beresiko bahaya. APD standar yang digunakan adalah safety shoes, safety helmet, safety glasses, dan safety gloves.

 

Contoh

Perhitungan Tegangan Langkah

 

 

 

Impedansi

pada Saluran Transmisi

Saluran transmisi memiliki komponen seri berupa resistansi dan induktansi per satuan  panjang. Saluran ini juga memiliki komponen paralel berupa kapasitansi per satuan panjang. 1.1.1  Komponen Seri Saluran Transmisi 1.  Resistansi Saluran  Nilai hambatan pada konduktor berbandung lurus dengan panjang konduktor dan   berbanding terbalik dengan luas penampangnya. Secara matematis besar hambatan

  

dalam dapat dirumuskan sebagai berikut.

 

R

: hambatan konduktor (Ohm)



: hambat jenis (Ohm meter)

l

: panjang konduktor (meter)

A

: luas penampang konduktor (meter persegi)

Semakin panjang konduktor atau semakin jauh jangkauan jaringan distribusi maka hambatan konduktor akan semakin besar. Untuk memperkecil hambatan, luas   penampang dapat dibuat lebih besar. Akan tetapi hal ini membuat konduktor menjadi lebih berat dan mahal.  Nilai hambatan juga dapat dipengaruhi oleh suhu. Semakin tinggi suhu maka akan semakin tinggi nilai hambatannya sebagaimana dinyatakan sebagai pada persamaan

    

 berikut.

Dimana :

 

R 2

: resistansi pada suhu t2 

R 1

: resistansi pada suhu t1

T

: konstanta (tergantung pada jenis konduktor yang digunakan)

Untuk rentang suhu yang lebih lebar, maka dapat digunakan persamaan yang lain.  

      R ff  

: Hambatan akhir pada suhu tf  

 

R i

: Hambatan mula-mula pada suhu ti 



: Koefisien (Ohm/°C)

tf 

: Suhu akhir (°C)

ti

: Suhu mula-mula (°C)

Suhu konduktor dipengaruhi oleh lingkungan. Logam cenderung memiliki kapasitas kalor yang rendah. Hal ini mengakibatkan suhu konduktor mudah dipengaruhi suhu lingkungan. Selain itu, arus yang mengalir pada konduktor juga membuat suhu konduktor meningkat. Pada saluran distribusi dimana arus AC yang digunakan, besar resistansi akan   bernilai lebih besar dari besar resistansi perhitungan pada persamaan diatas. Arus AC memiliki nilai frekuensi. Semakin tinggi frekuensi maka arus akan semakin terpusat ke  bagian kulit saluran. Hal ini disebut dengan skin effect. Skin effect akan membuat luas  penampang efektif konduktor berkurang dan membuat nilai resistansi bertambah. 2.  Induktansi Induktansi seri pada saluran dibagi menjadi dua, induktansi internal dan induktansi eksternal. Induktansi internal disebabkan oleh fluks magnet yang terdapat didalam konduktor. Induktansi eksternal disebabkan oleh fluks magnet diluar  konduktor. Pada saluran distribusi secara umum, induktansi saluran memiliki karakteristik  sebagai berikut:

  Semakin besar jarak antar fasa maka induktansi akan semakin besar 

y

  Semakin besar jari-jari konduktor maka induktansi akan semakin kecil

y

Reaktansi induktif dari saluran dipengaruhi oleh induktansi dan frekuensi listrik  yang digunakan. Pada perhitungan rekatansi induktif ini direpresentasikan sebagai komponen imajiner. 1.1.2  Komponen Paralel Saluran Transmisi Komponen paralel dari saluran transmisi adalah kapasitansi. Kapasitansi ini muncul dari konsep dasar dua keping konduktor bertegangan. Jika dua konduktor yang memiliki beda  potensial dipisahkan oleh medium dielektrik, maka akan terjadi fenomena kapasitansi.

 C

: kapasitansi

 

 

 

q

: muatan diantara konduktor 

V

: beda potensial antara dua konduktor 

Hal yang sama juga berlaku pada saluran transmisi. Saluran transmisi menggunakan   penghantar lebih dari satu yang dipisahkan oleh medium dielektrik. Pada kasus ini juga akan muncul kapasitansi. Secara umum besar kapasitansi ini memiliki karakteristik sebagai berikut:

  Semakin besar jarak antar penghantar maka kapasitansi akan semakin kecil

y

  Semakin besar jari-jari penghantar maka kapasitansi akan semakin semak in besar 

y

Reaktansi kapasitif dari saluran berbanding terbalik dengan frekuensi dan kapasitansi. Pada perhitungan direpresentasikan dengan komponen imajiner. 1.2  Model

Saluran Transmisi

1.2.1  Representasi Two Port Saluran Port Saluran Transmisi Saluran transmisi dapat direpresentasikan sebagai rangkaian two port. Rangkaian two  port ini  port  ini nantinya akan dianalisis dan dihasilkan parameter transmisi atau parameter ABCD.

Persamaan matriks parameter ABCD dari rangkaian two port  diatas adalah sebagai  berikut:



    

       

 Nilai A, B, C, dan D dapat dicari dengan metode superposisi. 1.2.2  Short Line Approximation

 

Pada model ini komponen paralel berupa kapasitansi dapat diabaikan. Pada model ini

          

impedansi total saluran hanya bergantung pada pad a komponen resistif dan iduktif saja. 

 

Dari model ini didapatkan besar arus aru s yang diterima sama dengan arus yang dikirim. Parameter ABCD dari model rangkaian ini adalah sebagai berikut: 

1.2.3  M edium edium Line Approximation

 

Model medium dapat direpresentasikan menjadi dua bentuk rangkaian ganti yaitu rangkaian Pi dan T.

gambar rangkaian pi Pada model ini komponen paralel saluran yang berupa kapasitansi tidak diabaikan. Besar arus yang diterima tidak sama dengan de ngan arus yang dikirim dari sisi sumber.

Parameter ABCD dari model diatas adalah sebagai berikut:

                  











Gambar rangkaian t Parameter ABCD rangkaian diatas adalah sebagai berikut:

 

 

                   







 

 

1.2.4  Long Line Approximation

Model ini digunakan untuk mendapatkan akurasi pemodelan yang lebih baik. Parameter ABCD dari model diatas adalah sebagai berikut: 

 

          

Dengan l

: panjang saluran



: konstanta propagasi

ZC

:



impedansi karakteristik 

Transposisi Saluran Transmisi Transposisi adalah proses perubahan urutan fasa pada saluran transmisi. Transposisi adalah cara untuk mengembalikan ³tegangan jatuh´ dan keseimbangan arus  pada saluran transmisi. Transposisi hanya berlaku pada transmisi AC tiga phasa. Proses ini secara fisik dilakukan dengan menukar posisi konduktor pada saluran. Saat konduktor dari saluran transmisi tiga fasa jaraknya tidak e quilateral induktansi dari masing-masing konduktor pada tiap fasa bernilai tidak sama. Perbedaan ini akan membuat ketidakseimbangan arus. Membuat rangkaian tidak lagi seimbang. Keseimbangan phasa dapat dikembalikan dengan cara menukar posisi konduktor pada interval tertentu sepanjang saluran transmisi t ransmisi..

 

  Persamaan Matriks pada seksi pertama adalah

Setelah ditukar posisi konduktornya, maka pada pad a seksi kedua persamaan matriksnya sebagai berikut.

Pada seksi ketiga persamaan matriksnya sebagai berikut

Impedansi total dari saluran transmisi adalah jumlah induktansi dari masing-masing seksi. Akibat proses transposisi tersebut induktansi total dari saluran tersebut seimbang. Besarnya pada masing-masing fasa sama.

Apa

jadinya jika tidak ditransposiskan?

Jika saluran transmisi yang panjang tidak ditransposisikan, maka induktansi pada masing masing fasa akan berbeda. Hal ini mengakibatkan ketidakseimbangan pada saluran transmisi tersebut. Ketidakseimbangan ini akan menyebabkan menyebabka n kualitas daya menurun. Transposisi dilakukan pada tiang khusus, yaitu yaitu tiang t iang transposisi. transposisi.