Hallo engineer, kegiatan Instalasi jaringan tenaga listrik merupakan bagian yang tak terpisahkan dari aktivitas kita saat menekuni bidang kelistrikan. Oleh karena itu, untuk memastikan setiap kegiatan instalasi yang kita lakukan sesuai dengan standar yang ada, maka penting bagi kita untuk memahami dengan serius ilmu tentang aktivitas-aktivitas kelistrikan demi terhindar dari hal-hal yang tidak diinginkan.
Pada artikel kali ini, kita akan membahas tentang Aturan-aturan instalasi tiang jaringan tenaga listrik yang baik dan benar sesuai dengan buku standard instalasi listrik oleh PLN.
GAYA‐GAYA MEKANIS PADA TIANG
- Berat penghantar dan peralatan
- Gaya tarik dari penghantar (tensile strength)
- Tiupan angin
- Akibat penghantar lain
Besarnya gaya‐gaya tersebut berbeda sesuai dengan fungsi tiang (tiang awal/ujung, tiang tengah, tiang sudut) dan luas penghantar. Tiang, baik tiang besi atau tiang beton mempunyai kekuatan tarik (working load) sesuai standard yang berlaku saat ini yaitu 160 daN, 200 daN, 350 daN, 500 daN, 800 daN, 1200 daN dimana daN adalah deka Newton atau setara dengan 1,01 kg gaya (massa x gravitasi).
JARAK MEKANIS ANTAR TIANG
Tiang didirikan mengikuti jalur saluran distribusi. Jarak antar tiang disebut gawang (span). Terdapat beberapa uraian mengenai pengertian dari span :
a. Jarak gawang maksimum adalah jarak gawang terpanjang pada suatu saluran.
b. Jarak gawang rata‐rata adalah jarak gawang rata‐rata aritmatik
c. Jarak gawang ekivalen (Ruling span) adalah jarak gawang yang diukur berdasarkan rumus
d. Jarak gawang pemberatan (weighted span) adalah jarak gawang antara dua titik terendah dari penghantar pada 2 jarak gawang berurutan.
Berat Penghantar dan Gaya Berat Penghantar
Berat penghantar adalah massa penghantar tiap‐tiap km (kg/km). Gaya berat penghantar = m x g dimana :
m = massa penghantar [kg] g = gravitasi [m/s2]
Sag atau andongan adalah jarak antara garis lurus horizontal dengan titik terendah penghantar. Berat penghantar dihitung berdasarkan panjang penghantar sebenarnya sebagai fungsi dari jarak andongan dihitung dengan rumus sebagai berikut :
Gaya Tarik Pada Tiang
- Perubahan temperatur lingkungan
- Pengaruh panas akibat beban listrik (I2R)
Sesuai dengan sifat logamnya, panjang penghantar akan mengalami penyusutan pada temperatur rendah dan memanjang pada temperatur tinggi (panas) menurut rumus :
Pada temperatur rendah, panjang penghantar menyusut, memberikan gaya regangan (tensile stress) pada penghantar tersebut, gaya ini akan diteruskan ke tiang tumpunya. Jika gaya tersebut melampaui titik batas beban kerja penghantar (ultimate tensile stress) maka penghantar akan putus atau tiang penyanggah patah jika beban kerja tiang terlampaui (working load). Perhitungan batas kekuatan tiang dihitung pada temperatur terendah 200C (malam hari) dan suhu rata‐rata‐rata di siang hari 300C. Besarnya gaya regangan adalah sebesar :
Jika F pada t = 200C adalah nol. Pada keadaan tersebut, panjang penghantar sama dengan jarak gawang sehingga gaya‐gaya yang terjadi pada tiang adalah Fv = 0, Fh = gaya berat penghantar. Dengan kata lain tiang hanya mengalami regangan akibat gaya berat penghantar sendiri yang pada kondisi ini sama dengan gaya berat penghantar pada titik sag terendah pada suhu rata‐rata siang hari.
Contoh :
1. Gaya F horizontal pada tiang untuk a = 40 meter. Penghantar kabel twisted (3 x 70 mm2 + N) meter.massa 1,01 kg/m
2. Gaya F Horizontal pada tiang jika s = 1 meter
Pengaruh Angin
Pengaruh kekuatan hembus angin di Indonesia diukur sebesar 80 daN/m2 oleh karena tiang/penghantar bulat dihitung 50% nya atau 40 daN/m2. Gaya akibat hembusan angin ini terarah mendatar (transversal) sebesar Fangin = 40 daN/m2 x [(diameter x L) +Luas penampang tiang Dalam beberapa hal faktor luas penampang tiang diabaikan.
Tabel‐tabel berikut memberikan data karakteristik mekanis untuk berbagai jenis penghantar dan luas penghantarnya :
Tabel 5.1 Karakteristik penghantar Kabel Pilin inti Alumunium Tegangan Rendah (NFAAX‐T) dengan penggantung jenis Almelec (breaking capacity 1755 daN).
Tabel 5.2 Karakteristik penghantar All Alumunium Alloy Conductor (AAAC)
Tabel 5.3 Karakteristik panghantar kabel Pilin inti Aluminium Tegangan Menengah (NAFFXSEY‐I)
Gaya Mekanis Pada Tiang Awal/Ujung
Jika pada temperature minimal (t = 20 deg C) masih terdapat Sag, maka gaya regangan (tensile stress) sama dengan nol. Pada kondisi demikian tiang mendapat gaya mekanis F :
- Akibat massa penghantar x ½ panjang jarak gawang = Fm
- Akibat angin pada penghantar x ½ panjang jarak gawang = Fa
Gaya Mekanis Pada Tiang Tengah
Tiang tengah dengan deviasi sudut lintasan 0o tidak menerima gaya mekanis akibat massa penghantar, karena gaya tersebut saling menghilangkan pada jarak gawang/span yang berdampingan. Namun tetap menerima gaya mekanis sebagai akibat tiupan angin. Besarnya kekuatan angin adalah 40 daN/m2.
F = Fa x diameter kabel x panjang penghantar antara titik andongan dua gawang yang berdampingan.
Fa = kekuatan angin 40 daN/m2
F = gaya mekanis akibat tiupan angin
Gaya Mekanis Pada Tiang Sudut
Tiang sudut adalah tiang dimana deviasi lintasan penghantar sampai dengan 90o. Jika tiang awal/ujung memikul gaya sebesar F kg gaya (daN), maka tiang sudut memikul gaya mekanis F akibat berat/massa penghantar dan tiupan angin maksimum sebesar.
dimana :
α = sudut deviasi lintasan jaringan
F = gaya mekanis tiang awal/ujung
Rumus gaya mekanis Tiang Sudut secara matematis adalah :
Dimana :
- Fa = tekanan angin pada arah bisection [daN/m2]
- T = tegangan tarik maksimum penghantar pada tiang [daN]
- d = diameter penghantar [m]
- a = panjang rata‐rata aritmatik dari dua gawang yang membentuk sudut
- α = sudut deviasi lintasan (derajat) Apabila F1 adalah gaya mekanis maksimum pada tiang awal/ujung, dimana
- F1 = F akibat massa penghantar + F akibat hembusan angin, Maka tiang sudut menerima gaya maksimum sebesar
Aplikasi Perhitungan Gaya Mekanis
Tabel berikut memberikan hasil hitungan gaya mekanik pada tiang untuk berbagailuas dan jenis penghantar dan pada dua posisi tiang, tiang awal/akhir dan tiang sudut.
Kekuatan tiang (working load) mengikuti standarisasi yang sudah ada yaitu 160 daN, 200 daN, 350 daN, 500 daN, 800 daN. Untuk panjang 9 m, 11 m, 12 m, 13 m, 14 m, dan 15 m baik tiang besi atau tiang beton.
Tiang mempunyai tingkat keamanan 2, yaitu baru akan gagal fungsi jika gaya mekanis melebihi 2 x working load (breaking load = 2 x working load). Kekuatan tarik mekanis dihitung pada ikatan penghantar 15 cm di bawah puncak tiang.
Tidak diperhitungkan perbedaan momen tarik untuk berbagai titik ikatan penghantar pada tiang (contoh underbuilt). Jika konstruksi underbuilt, maka gaya mekanis yang diterima tiang adalah jumlah aljabar gaya mekanis akibat sirkit penunjang tunggal.
Tabel 9.1 Tabel Gaya mekanis pada Tiang Awal/Ujung.
Tabel 9.2 Gaya maksimum pada Tiang Sudut jaringan distribusi tenaga listrik.
Penggunaan Hasil Perhitungan Dalam Konsep Perencanaan
Mengingat perkembangan beban pelanggan dan lain‐lain, kekuatan hasil perhitungan dikalikan 2, untuk mengantisipasi penambahan jalur jaringan distribusi dari tiang awal yang sama.
Tabel berikut memberikan angka kekuatan tiang berdasarkan jenis penghantar dan sudut lintasan. Khusus untuk Tiang Akhir atau Tiang Sudut sejauh memungkinkan, dipergunakan tiang dengan kekuatan tarik lebih kecil, namun ditambah konstruksi Topang Tarik (guy wire/trekskur).
Tabel 10.1 Kekuatan tarik Tiang Awal/Ujung (working load) JTR.
Tabel 10.2 Kekuatan Tarik Tiang Awal/Ujung (working load) JTM.
Kekuatan angin 40 daN/ m2 jarak gawang 45 meter, t = 200C, panjang tiang 11, 12, 13, dan 14 meter, sag 0 meter
Tabel 10.3 Kekuatan Tiang Sudut (working load) saluran fasa‐3 konstruksi underbuilt JTM/JTR.
Metode Grafis Untuk Tiang Sudut
Perhitungan – perhitungan yang dilakukan untuk menentukan kekuatan mekanik Tiang Sudut kerap kurang aplikatif. Model grafis dapat membantu tanpa harus menghitung besarnya sudut deviasi lintasan jaringan.
Asumsi: Gaya mekanis pada tiang sudut adalah resultan gaya tarik tiang ujung/awal untuk berbagai penghantar yang berbeda.
Contoh:
Penghantar Fasa –3 AAAC 150 mm2 sudut deviasi ϕo. Berapa working load tiang yang dipilih.
Kekuatan tiang ujung AAAC 3 x 150 = 500 daN. Kemudian buat gambar dengan skala 1 cm = 100 daN. Ukur panjang resultan gaya misalnya diperoleh hasil 3,5 cm ≈ 3,5 x 100 = 350 daN.
Maka besarnya kuat tarik tiang sudut tersebut adalah 350 daN
Beban Mekanik pada Palang
Palang (Cross Arm) adalah tempat dudukan isolator. Beban mekanis pada palang arah horizontal akibat dari gaya regangan penghantar dan beban vertikal akibat berat penghantar. Umumnya beban vertikal diabaikan. Bahan palang adalah besi (ST.38) profil UNP galvanis dengan panjang berbeda.
Tabel 12.1 Karakteristik Palang.
Beban Mekanis Isolator
- Isolator Tumpu (line insulator), terdapat berbagai istilah : line post insulator, post insulator, insulator pin.
- Isolator Regang (Suspension Insulator), terdapat 2 macam yaitu : isolator payung (umbrella insulator) dan long rod insulator.
Isolator Tumpu
Isolator Tumpu (line isolator), Isolator tumpu digunakan untuk tumpuan penghantar gaya mekanis pada isolator ini adalah gaya akibat berat beban penghantar pada tiang tumpu atau pada tiang sudut.
Kekuatan mekanis terbesar untuk sudut 45o dengan penghantar AAAC 3 x 240 mm2 adalah sebesar 678 daN, kekuatan mekanis isolator 1250 daN. Pada sudut 150‐300 sebesar 790 daN pada 2 isolator.
Isolator regang (suspension insulator)
Isolator peregang dipakai pada kontruksi tiang awal/tiang sudut apabila sudut elevasi lebih besar dari 300.
Terdapat 2 jenis isolator yang dipakai, yaitu isolator payung dan long rod dengan karakteristik sebagai berikut :
Untuk tiap 1 set isolator jenis suspension terdiri atas 2 buah/2 piring sedangkan jenis long rod 1 buah. Beban mekanis isolator ini adalah beban mekanis sebagaimana pada isolator tiang ujung/awal.
Andongan pada Permukaan Miring
Pada permukaan miring beban mekanis pada tiang tumpu/tengah menjadi berbeda dengan beban mekanis pada bidang mendatar. Rumus terapan parabolik memberikan hubungan antara jarak tiang, tension, andongan jarak aman sebagai berikut :
dimana :
Pada dasarnya rumus diatas kurang aplikatif sehingga untuk menentukan titik andongan sebaiknya dilakukan dengan memakai template.
Pondasi Tiang dan Struktur Tanah
Pondasi pada dasarnya digunakan pada semua tiang, baik tiang tumpu, tiang awal/akhir atau tiang sudut. Jenis dari konstruksi pondasi disesuaikan dengan kondisi tanah dimana tiang tersebut akan didirikan.
Tabel 3.12. Data Klasifikasi kondisi tanah untuk membuat berbagai macam pondasi tiang
Dimensi pondasi dibuat berdasarkan data di atas Jarak antar Penghantar (conductor spacing)
Jarak antar penghantar harus diperhitungkan berdasarkan 2 pertimbangan, yaitu
- Pengaruh elektris akibat hubung singkat
- Kemngkinan Persinggungan antar penghantar
Jarak antar penghantar pada titik tengah gawang merupakan fungsi dari :
- Jarak Gawang
- Tinggi Sag
Beberapa rumus empiris untuk jarak antar penghantar :
s : Tinggi Sag
V : Tegangan Kerja (kV)
Panjang Palang (Cross‐Arm) yang diperlukan adalah : L = 2 x jarak antar penghantar + 2 x jarak antara titik luar lubang pin isolator dengan ujung Palang (± 10 cm)
Contoh :
Span = 1 meter V = 20 kV
Panjang Palang :
