Kawat Tanah atau Kawat Bumi

Definisi Kawat Tanah Udara (Ground Wire)

Kawat tanah udara, juga dikenal sebagai kawat ground, adalah komponen penting dari sistem proteksi petir. Terdiri dari satu atau lebih konduktor yang dipasang di atas jalur transmisi, menghubungkan satu struktur penyangga ke struktur penyangga lainnya. Kawat-kawat ini secara cermat di-ground pada interval reguler sepanjang panjangnya.

Fungsi utama kawat tanah adalah untuk mencegat sambaran petir langsung yang seharusnya menarget konduktor fase dari jalur transmisi. Dengan mengalihkan arus petir dengan aman ke dalam tanah, kawat tanah melindungi konduktor listrik kritis dari potensi kerusakan, sehingga memastikan operasi berkelanjutan dari sistem transmisi tenaga. Perlu dicatat bahwa meskipun sangat efektif terhadap petir, kawat ground tidak memiliki dampak dalam mengurangi lonjakan perpindahan, yang disebabkan oleh fenomena listrik berbeda dalam sistem tenaga.

Saat sambaran petir terjadi di tengah-tengah kawat tanah, gelombang listrik akan terbentuk dan bergerak ke arah berlawanan sepanjang garis. Gelombang-gelombang ini akhirnya mencapai menara transmisi yang berdekatan, yang dirancang untuk mengalirkan energi listrik dengan aman ke dalam tanah. Namun, efektivitas kawat tanah bergantung pada faktor kunci: hambatan antara kaki menara dan tanah harus tetap cukup rendah. Nilai hambatan yang tinggi dapat menghambat pelepasan arus petir secara efisien, mengurangi kemampuan kawat tanah untuk melindungi jalur transmisi dan potensial menyebabkan lonjakan listrik dan kerusakan peralatan.

Jika hambatan antara kaki menara dan tanah tidak rendah, dan kawat tanah atau menara tersambar petir, petir akan menghasilkan potensial yang sangat tinggi. Potensial tinggi ini dapat menyebabkan flashover dari menara ke satu atau lebih konduktor fase. Fenomena ini dikenal sebagai back flashover.

Back flashover terjadi secara khusus ketika hasil kali arus menara dan impedansi menara melebihi tingkat isolasi jalur transmisi. Untuk mengurangi risiko ini, pendekatan yang efektif adalah mengurangi hambatan kaki menara. Di daerah dengan resistivitas tanah yang tinggi, batang penghantar dan counterpoises sering digunakan.

Counterpoise adalah konduktor yang terkubur di tanah, biasanya terbuat dari baja galvanis. Untuk terminal udara, counterpoise berfungsi sebagai terminal ground khusus. Perannya adalah untuk mengurangi impedansi surge koneksi ground dan meningkatkan coupling antara kawat tanah dan konduktor, sehingga meningkatkan kinerja perlindungan petir keseluruhan sistem.

Dalam jalur transmisi, dua jenis counterpoise utama digunakan: counterpoise paralel dan counterpoise radial.

Counterpoise Paralel

Counterpoise paralel terdiri dari satu atau lebih konduktor yang diletakkan di bawah tanah sepanjang seluruh jalur transmisi. Garis-garis counterpoise ini dihubungkan ke kawat tanah udara di setiap menara dan tiang. Konfigurasi ini membantu mendistribusikan arus listrik secara merata selama sambaran petir, mengurangi potensi pembentukan tegangan tinggi, dan meminimalkan kemungkinan back flashover.

Counterpoise Radial

Counterpoise radial ditandai dengan serangkaian kabel yang menjalar keluar dalam pola radial dari dasar kaki menara. Jumlah dan panjang kabel-kabel ini ditentukan dengan cermat berdasarkan dua faktor kritis: lokasi geografis menara dan kondisi tanah yang berlaku. Variabel-variabel ini memainkan peran signifikan dalam mengoptimalkan efektivitas counterpoise dalam mengurangi hambatan kaki menara dan meningkatkan perlindungan petir keseluruhan jalur transmisi.

Sudut Penyekat atau Sudut Perlindungan

Sudut penyekat atau sudut perlindungan didefinisikan sebagai pengukuran sudut antara perataan vertikal kawat tanah dan konduktor fase yang memerlukan perlindungan. Secara konvensional, sudut ini diukur sebagai sudut yang dibentuk antara garis vertikal yang melewati kawat tanah dan garis yang menghubungkan kawat tanah ke konduktor fase paling luar. Sudut ini merupakan parameter penting dalam desain dan penilaian sistem perlindungan petir jalur transmisi udara, karena secara langsung mempengaruhi kemampuan kawat tanah untuk mencegat sambaran petir dan melindungi konduktor fase dari potensi kerusakan.

Optimalisasi Konfigurasi Penyekat dan Kawat Tanah

Untuk perlindungan optimal terhadap sambaran petir di jalur transmisi udara, sangat penting untuk meminimalkan sudut perlindungan. Sudut antara 20° hingga 30° dianggap sangat efektif dan aman untuk memberikan perlindungan yang memadai bagi konduktor fase. Insinyur umumnya menghindari pengaturan sudut perlindungan di atas 40°, karena hal ini secara signifikan mengurangi efisiensi penyekat dan meningkatkan risiko petir langsung mengenai konduktor.

Dalam sistem tenaga tegangan tinggi modern, yang sering menampilkan konduktor dengan jarak yang lebih lebar, pengaturan kawat tanah dua-wire telah menjadi norma. Konfigurasi ini menawarkan perlindungan yang lebih baik dibandingkan dengan sistem satu-wire tradisional. Penggunaan dua kawat tanah tidak hanya meningkatkan cakupan dan kemampuan intersepsi terhadap petir, tetapi juga membawa beberapa keuntungan listrik. Misalnya, impedansi surge sistem kawat tanah dua-wire lebih rendah, yang memungkinkan pelepasan arus listrik yang diinduksi oleh petir lebih efisien. Selain itu, keberadaan dua kawat meningkatkan efek coupling antara kawat tanah dan konduktor fase. Coupling yang ditingkatkan ini membantu menyeimbangkan muatan listrik dengan lebih baik, lebih lanjut mengurangi kemungkinan overvoltages dan meningkatkan keandalan dan ketahanan infrastruktur transmisi tegangan tinggi secara keseluruhan.