Empat Studi Rekayasa Esensial untuk Memilih Konduktor Udara di Gardu Induk
Pengantar tentang Konduktor Udara
Konduktor udara banyak digunakan di gardu listrik untuk menghubungkan peralatan utama seperti pemutus sirkuit, sakelar pemutus, transformator arus, dan busbar. Meskipun konduktor ini seringkali membentang jarak yang relatif pendek dibandingkan dengan saluran transmisi, pemilihan konduktor tetap merupakan tugas rekayasa yang sangat penting.
Konduktor gardu induk harus mampu mengalirkan arus operasi kontinu dengan aman, menahan tekanan termal yang disebabkan oleh arus hubung singkat, mempertahankan tegangan mekanis dan lendutan yang dapat diterima dalam berbagai kondisi lingkungan, serta menahan gaya elektrodinamik yang dihasilkan selama peristiwa gangguan.
Dalam praktiknya, pemilihan konduktor udara tidak dapat hanya bergantung pada peringkat arus nominal atau katalog pabrikan. Sebaliknya, serangkaian studi teknis harus dilakukan untuk memverifikasi bahwa konduktor tersebut memenuhi persyaratan termal dan mekanis sepanjang masa operasinya.
Analisis ini biasanya meliputi:
- Perhitungan kapasitas arus
- Verifikasi kemampuan tahan panas hubung singkat
- Analisis lendutan dan tegangan
- Evaluasi gaya elektrodinamik selama korsleting.
Artikel ini menyajikan studi rekayasa utama yang diperlukan untuk pemilihan konduktor udara yang tepat di gardu induk dan menjelaskan tujuan serta metodologi setiap langkah verifikasi.
Secara bersama-sama, analisis-analisis ini membentuk dasar dari desain konduktor gardu induk yang andal dan sesuai standar .
1. Perhitungan Kapasitas Arus (IEEE Std 738)
Setelah menentukan arus operasi maksimum dari studi aliran beban, langkah selanjutnya adalah memverifikasi bahwa konduktor yang dipilih dapat dengan aman mengalirkan arus ini dalam kondisi lingkungan aktual di lokasi instalasi. Verifikasi ini dilakukan melalui perhitungan kapasitas arus (ampacity), yang menentukan arus kontinu maksimum yang dapat dialirkan oleh konduktor udara telanjang tanpa melebihi suhu operasi yang diizinkan.
Berbeda dengan sistem kabel yang dipasang di bawah tanah, perilaku termal konduktor telanjang yang dipasang di udara sangat dipengaruhi oleh parameter lingkungan. Oleh karena itu, kapasitas daya hantar arus konduktor udara tidak dapat dianggap sebagai nilai tetap dari katalog pabrikan.
Sebaliknya, hal itu harus dihitung dengan mempertimbangkan keseimbangan termal konduktor di bawah kondisi lokasi tertentu.
Sumber utama masukan panas adalah:
- Pemanasan Joule (kerugian I²R) yang disebabkan oleh arus listrik yang mengalir melalui konduktor.
- Pemanasan tenaga surya, yang bergantung pada intensitas radiasi matahari dan daya serap konduktor.
- Panas dihilangkan melalui dua mekanisme utama:
- Pendinginan konvektif, terutama dipengaruhi oleh kecepatan angin dan sifat-sifat udara.
- Pendinginan radiatif, yang bergantung pada suhu konduktor dan emisivitas permukaan.
Gambar 1 menggambarkan keseimbangan antara pemanasan Joule, pemanasan matahari, dan pendinginan melalui konveksi dan radiasi.
Parameter lingkungan seperti suhu sekitar, kecepatan angin, fluks matahari, ketinggian, dan karakteristik permukaan konduktor sangat memengaruhi keseimbangan termal ini.
Akibatnya, kapasitas arus yang dihitung dapat sangat bervariasi tergantung pada lokasi geografis dan kondisi iklim gardu induk.
Oleh karena itu, konduktor yang dipilih harus menyediakan kapasitas arus yang cukup dalam kondisi lingkungan terburuk yang diperkirakan, memastikan bahwa arus maksimum yang ditentukan dari studi aliran beban dapat dialirkan dengan aman selama operasi berkelanjutan.
2. Verifikasi Ketahanan Termal Hubungan Pendek
Selain mampu mengalirkan arus operasi kontinu, konduktor yang dipilih juga harus mampu menahan tegangan termal yang disebabkan oleh arus hubung singkat . Selama kondisi gangguan, arus yang sangat tinggi dapat mengalir melalui konduktor untuk durasi singkat hingga sistem proteksi mengatasi gangguan tersebut.
Arus ini menghasilkan panas Joule yang signifikan , yang dapat dengan cepat meningkatkan suhu konduktor.
Jika suhu konduktor naik melebihi batas yang dapat diterima, untaian aluminium dapat mengalami anil, yang menyebabkan penurunan kekuatan mekanik secara permanen. Karena alasan ini, perlu untuk memverifikasi bahwa konduktor dapat menahan energi termal yang dihasilkan selama korsleting tanpa melebihi batas suhu yang diizinkan.
Verifikasi ini didasarkan pada hubungan berikut:
Di mana:
- S th adalah kerapatan arus hubung singkat ekivalen termal, yang dihitung dari arus hubung singkat ekivalen termal dan penampang aluminium efektif konduktor.
- S htr adalah kerapatan arus tahan jangka pendek terukur yang diperoleh dari IEC 60865-1.
- T kr adalah durasi jangka pendek terukur yang terkait dengan kemampuan menahan beban.
- T k adalah durasi sebenarnya dari arus hubung singkat, yang biasanya ditentukan oleh waktu pemutusan proteksi.
Arus hubung singkat itu sendiri biasanya diperoleh dari studi arus gangguan yang dilakukan sesuai dengan IEC 60909. Setelah arus hubung singkat ekivalen termal diketahui, kerapatan arus yang sesuai dapat dihitung dan dibandingkan dengan nilai yang diizinkan yang ditentukan oleh standar tersebut.
Verifikasi ini memastikan bahwa konduktor tidak akan mengalami kenaikan suhu yang berlebihan selama kondisi gangguan dan bahwa sifat mekanik dan listriknya tetap berada dalam batas yang dapat diterima setelah peristiwa korsleting.
KONTEN PREMIUM
Kumpulan artikel yang dikhususkan tentang “gardu induk” dari sistem pembangkitan, transmisi, instalasi gardu induk, pengujian dan pengoperasian, pemasangan, dan topik penting lainnya yang di tulis dari insiyur listrik berpengalaman dari beberapa negara yang dapat membantu anda mendapatkan wawasan baru dan mengasah keterampilan teknis Anda
