Keamanan Jaringan Listrik Bergantung pada Pengendalian Tegangan Konduktor Udara

Saat musim dingin tiba, angin dingin dan salju tanpa henti menghantam menara transmisi yang menjulang tinggi. Bayangkan tekanan besar pada konduktor yang menghubungkan struktur ini selama cuaca ekstrem. Tegangan konduktor—parameter yang tampaknya kecil—sebenarnya memegang kunci keselamatan dan stabilitas seluruh sistem transmisi daya. Perhitungan yang tepat dan pengendalian tegangan konduktor yang efektif merupakan tantangan penting bagi para insinyur daya.

Pengoperasian konduktor di atas kepala yang aman bergantung pada pengendalian tegangan yang tepat. Tegangan yang berlebihan berisiko menyebabkan kerusakan konduktor dan pemadaman listrik, sementara tegangan yang tidak mencukupi menyebabkan kendur yang berlebihan, yang membahayakan jarak aman. Oleh karena itu, desain sistem daya harus menggabungkan perhitungan tegangan yang cermat untuk memastikan pengoperasian yang aman dalam semua kondisi.

Proses perhitungan dimulai dengan menetapkan kondisi pengoperasian dasar dan faktor keamanan. Industri tenaga listrik biasanya menetapkan standar operasional berdasarkan iklim lokal, geografi, dan pentingnya saluran. Di saluran transmisi Inggris, standar umum meliputi:

• Tegangan Kerja Maksimum (MWT): Tegangan puncak yang dapat ditahan konduktor dalam kondisi ekstrem. Misalnya, pada -6°C dengan tekanan angin melintang 383 N/m² dan ketebalan es 12,7 mm, tegangan tidak boleh melebihi 50% dari beban putus (faktor keamanan 2).
• Tegangan Sehari-hari (EDS): Tegangan selama pengoperasian normal. Pada 16°C, tegangan biasanya tetap di bawah 20% dari beban putus.

Perhatikan bahwa rasio 20% berfungsi sebagai contoh—desain sebenarnya harus mempertimbangkan efek medan pada turbulensi angin, penuaan konduktor, dan faktor lainnya. Penelitian mengkonfirmasi bahwa medan secara signifikan memengaruhi pola turbulensi angin, yang mengharuskan pertimbangan suhu khusus lokasi.

Hubungan antara tegangan konduktor (T) dan kendur (S) mengikuti rumus ini:

Di mana:

• W = berat konduktor per satuan panjang (kg/m)
• L = panjang rentang (m)
• g = percepatan gravitasi (1 kgf = 9,81 N)
• S = kendur konduktor (m)

Pertimbangkan konduktor dengan MWT 65,95 kN pada -6°C, es 12,7 mm, dan tekanan angin 383 N/m². Untuk menghitung kendurnya pada 20°C pada jarak 400 meter:

Dengan parameter konduktor:

• Diameter = 28,62 mm
• Modulus elastis = 69 × 10³ MN/m²
• Luas penampang = 484,5 mm²
• Koefisien ekspansi termal = 19,3 × 10⁻⁶ /°C
• Berat akhir = 1,621 kg/m

Perancang harus memperhitungkan keadaan luar biasa:

Hubungan Singkat: Konduktor fasa mengalami gaya tarik/tolak mekanis singkat. Meskipun durasinya terlalu singkat untuk perhitungan yang tepat, jarak fasa yang cukup mencegah tabrakan konduktor.

Pemuatan Es: Es meningkatkan berat, diameter, dan beban angin konduktor. Wilayah yang rawan salju memerlukan standar beban es yang sesuai. EN 50341-3-9 menetapkan pemuatan es seragam 5 kN/m³ untuk desain Inggris, atau 9 kN/m³ jika dikombinasikan dengan angin.

Gempa Bumi: Aktivitas seismik memperkenalkan percepatan horizontal/vertikal. Analisis yang disederhanakan memperlakukan ini sebagai beban horizontal yang setara—untuk transformator, momen tambahan dihitung berdasarkan berat, tinggi, dan jarak sumbu roda.

Karena skenario terburuk jarang terjadi bersamaan, para insinyur menggabungkan beban dengan bijaksana:

• Beban es penuh + 50% kecepatan angin dasar
• Beban seismik penuh + 50% beban angin

Untuk rentang di bawah 400 meter, persamaan parabola mengaproksimasi tegangan dengan baik:

Di mana f = kendur (m), p = berat konduktor (kN/m), L = rentang (m), dan T₀ = tegangan (kN).

Selain konduktor, sistem transmisi meliputi:

• Konduktor Telanjang: Saluran di atas kepala yang membutuhkan konduktivitas, kekuatan, dan ketahanan korosi yang sangat baik.
• Kawat Pelindung: Pemasangan di atas menara yang melindungi konduktor fasa dari petir.
• Perangkat Keras: Mendukung, memperbaiki, dan menghubungkan konduktor dan isolator sambil mencegah kerusakan akibat getaran.
• Menara: Struktur yang menjaga jarak aman antara konduktor, tanah, dan benda-benda. Jenis yang umum termasuk tiang kayu, tiang beton, dan menara baja.
• Kawat Guy: Meningkatkan kekuatan menara, mengurangi persyaratan material, dan menurunkan biaya konstruksi dengan menambatkan menara terhadap kemiringan atau keruntuhan.
• Fondasi: Dukungan yang dipasang di tanah yang mencegah pengangkatan, kemiringan, atau penurunan. Jenis bervariasi menurut geologi dan meliputi alas prefabrikasi, tiang pancang cor di tempat, dan fondasi batu.

Tegangan konduktor tetap menjadi hal terpenting untuk keselamatan transmisi di atas kepala. Melalui perhitungan dan pengendalian yang tepat—memperhitungkan cuaca, geografi, sifat konduktor, dan beban khusus—para insinyur memastikan pengiriman daya yang andal dalam semua kondisi pengoperasian. Pertimbangan komprehensif dari faktor-faktor ini memungkinkan keputusan desain yang tepat yang menjaga infrastruktur transmisi listrik.