Jalur Listrik Udara & Menara: Jenis Desain & Keamanan

Selain substasi AC tegangan sangat tinggi, yang lebih sering kita temui adalah jaringan transmisi dan distribusi listrik. Menara-menara tinggi membawa konduktor yang melompati gunung dan laut, merentang jauh sebelum mencapai kota-kota dan desa-desa. Ini juga merupakan topik yang menarik—hari ini, mari kita jelajahi jaringan transmisi dan menara penyangganya.

Transmisi dan Distribusi Listrik

Pertama, mari kita pahami bagaimana listrik disalurkan. Industri tenaga listrik terutama terdiri dari empat tahap: pembangkitan, transmisi, (pengubah) distribusi, dan konsumsi.

• Pembangkitan meliputi berbagai jenis generator listrik—tradisional seperti pembangkit listrik tenaga batu bara dan tenaga air, serta sumber modern seperti angin dan energi surya. Semua ini termasuk dalam kategori pembangkitan.

• Transmisi bergantung pada jaringan transmisi dan menara.

• Substasi (atau Pengubah) utamanya menggunakan transformator. Transformator peningkat di pembangkit listrik meningkatkan tegangan untuk transmisi jarak jauh yang efisien, sementara transformator penurun di sisi distribusi menurunkan tegangan ke level yang sesuai untuk jaringan distribusi regional dan pengguna akhir.

• Distribusi di sisi konsumen melibatkan berbagai transformator penurun, serta peralatan tegangan menengah dan rendah, switchgear, dan kabel.

• Konsumsi merujuk pada perangkat listrik di rumah, serta penggunaan listrik di infrastruktur kota, bangunan, fasilitas industri, dan aplikasi lainnya.

Dalam hal struktur, jaringan transmisi dibagi menjadi dua jenis utama: jaringan transmisi udara dan jaringan kabel. Berikut adalah diagram skematik sistem transmisi listrik:

Tegangan apa yang cocok untuk transmisi listrik jarak jauh? Untuk mengurangi kerugian transmisi dan meningkatkan efisiensi, umumnya digunakan tegangan AC 500 kV dan di atasnya untuk transmisi listrik. Tegangan dalam rentang 500 kV hingga 750 kV diklasifikasikan sebagai Transmisi Tegangan Sangat Tinggi (EHV) AC, sementara sistem AC 1000 kV dikenal sebagai Transmisi Tegangan Ultra Tinggi (UHV) AC. Sebaliknya, jaringan yang beroperasi dari tegangan menengah hingga 110 kV–330 kV biasanya dikategorikan sebagai jaringan distribusi. Perlu dicatat bahwa klasifikasi ini mungkin bervariasi dengan meningkatnya permintaan daya, kapasitas sistem, dan pola distribusi energi regional.

Tegangan merujuk pada tegangan antara fasa—yaitu, tegangan antara dua dari tiga fasa (A, B, dan C). Tegangan 220 volt yang digunakan di rumah tangga adalah tegangan fasa, yaitu tegangan antara satu fasa dan tanah. Dalam kenyataannya, pasokan listrik rumah tangga berasal dari sistem tegangan 380 volt. Hanya di pintu masuk bangunan, tiga fasa (A, B, dan C) dipisahkan—setiap fasa mungkin memberi makan unit yang berbeda di sebuah bangunan hunian. Apa yang Anda lihat umumnya di kota atau komunitas perumahan adalah struktur kotak persegi—ini adalah substasi pad-mounted (atau box-type) (seperti ditunjukkan pada gambar di bawah).

Substasi box-type mengintegrasikan peralatan tegangan menengah, transformator, dan perangkat distribusi tegangan rendah. Ini mengubah jaringan distribusi tegangan menengah perkotaan (biasanya 10 kV atau 20 kV) menjadi listrik 380 V yang sesuai untuk penggunaan residensial atau perkotaan. Anda mungkin tidak melihat kabel, karena jaringan distribusi perkotaan di China saat ini sebagian besar menggunakan kabel bawah tanah. Namun, di beberapa area perumahan lama atau daerah pedesaan, Anda masih dapat melihat jaringan udara yang menghubungkan transformator dan kemudian menjalar ke bangunan atau konsumen individu.

Di area terbuka, jaringan transmisi udara yang umum kita lihat terdiri dari menara dan konduktor. Ada berbagai jenis menara, dan jaringan transmisi dikategorikan sebagai arus searah (DC) atau arus bolak-balik (AC).

Pembangkitan dan konsumsi listrik di China menunjukkan ketidakseimbangan geografis yang signifikan. Sumber energi yang melimpah seperti batu bara, angin, surya, dan tenaga air terkonsentrasi di wilayah barat yang luas, sementara pusat beban utama berada ribuan kilometer jauhnya di wilayah tengah dan timur. Ketidaksesuaian geografis ini membuat transmisi listrik jarak jauh menjadi solusi penting.

Dalam beberapa tahun terakhir, dengan perkembangan pesat basis pembangkit listrik tenaga angin dan surya berskala besar, permintaan untuk transmisi listrik jarak jauh terus meningkat. Sebagai tulang punggung pengiriman listrik, pembangunan jaringan UHV telah dipercepat, memberikan dorongan kuat bagi transisi energi dan pembangunan berkelanjutan di China. Semua sistem transmisi jarak jauh ini bergantung pada menara transmisi dan jaringan udara untuk menghubungkan jaringan.

Jaringan Transmisi Udara

Jaringan transmisi udara terdiri dari konduktor yang digantungkan dari menara menggunakan insulator dan perangkat keras, memastikan jarak aman antara konduktor dan tanah atau bangunan. Fungsi utama jaringan transmisi adalah menyampaikan energi listrik, menghubungkan pembangkit listrik dan substasi, memungkinkan operasi paralel, dan mengintegrasikan sistem listrik menjadi jaringan yang terpadu.

Jaringan udara memiliki keuntungan seperti biaya investasi yang lebih rendah, konstruksi yang lebih cepat, instalasi yang sederhana dan mudah, identifikasi kerusakan dan potensi bahaya yang mudah, serta perawatan dan perbaikan yang sederhana. Untuk transmisi jarak jauh, jaringan udara umumnya digunakan karena kapasitas daya yang tinggi. Semakin jauh jarak transmisi, semakin tinggi tingkat tegangan yang diperlukan.

Namun, karena jaringan udara tersebar luas dan beroperasi secara kontinu di lingkungan luar, mereka sering terpengaruh oleh kondisi sekitar dan faktor alam. Ini menyebabkan berbagai gangguan operasional, termasuk sambaran petir, kerusakan angin, penumpukan es, flashover polusi, gangguan eksternal, gallop konduktor, dan insiden terkait burung.

Selain itu, ketika bekerja dengan peralatan switchgear tegangan tinggi, insinyur umumnya berurusan dengan sistem tegangan tinggi (HV), tegangan sangat tinggi (EHV), dan tegangan ultra tinggi (UHV), sebagian besar dihubungkan melalui jaringan udara. Oleh karena itu, persyaratan teknis untuk peralatan tegangan tinggi erat kaitannya dengan kondisi jaringan—seperti lingkungan operasi dan kondisi layanan. Memahami karakteristik dan perilaku kerusakan jaringan udara sangat penting untuk memahami spesifikasi teknis peralatan tegangan tinggi.

Komponen Jaringan Transmisi Udara

Komponen utama jaringan transmisi udara meliputi fondasi, menara, konduktor, insulator, perangkat keras (fitting), perangkat pelindung petir (seperti kabel tanah udara dan penahan petir), dan sistem grounding. Jaringan modern juga mungkin termasuk komponen bantu seperti kabel optik tanah (OPGW) dan sistem komunikasi carrier garis listrik.

(1) Konduktor

Konduktor menghantarkan arus dan menyampaikan energi listrik. Konduktor tunggal per fasa adalah standar untuk jaringan standar. Namun, untuk jaringan EHV dan transmisi kapasitas tinggi, konduktor bundel—menggunakan dua, tiga, empat, atau lebih sub-konduktor (sering kali disusun dalam konfigurasi lingkaran)—sering digunakan. Ini mengurangi pelepasan korona, meminimalkan kerugian daya, dan mengurangi gangguan terhadap radio, televisi, dan sinyal komunikasi lainnya.

(2) Kabel Tanah (Ground) dan Sistem Grounding

Kabel tanah digantungkan di bagian atas menara transmisi dan terhubung ke sistem grounding di setiap menara melalui konduktor turun. Selama sambaran petir, kabel tanah—yang diposisikan di atas konduktor fasa—menangkap petir, mengalihkan arus dengan aman melalui sistem grounding ke tanah. Ini mengurangi probabilitas sambaran langsung ke konduktor, melindungi isolasi jalur dari kerusakan overvoltage, dan memastikan operasi yang andal. Kabel tanah biasanya dipasang sepanjang seluruh panjang jalur yang berperingkat 110 kV dan di atasnya, dan umumnya terbuat dari benang baja galvanis.

(3) Menara (Pylon)

Menara mendukung konduktor dan kabel tanah bersama dengan perangkat keras terkait, mempertahankan jarak aman listrik antara konduktor, menara, tanah, dan struktur atau bangunan lintasan.

(4) Insulator dan Rangkaian Insulator

Insulator adalah komponen isolasi utama jaringan transmisi. Mereka mendukung atau menggantungkan konduktor sambil secara elektrik memisahkan mereka dari menara, memastikan kekuatan dielektrik yang andal. Terkena stres mekanis, tegangan listrik, dan gas atmosfer korosif, insulator harus memiliki kekuatan mekanis, kinerja isolasi, dan ketahanan terhadap degradasi yang cukup.

(5) Perangkat Keras (Fitting)

Perangkat keras jaringan transmisi memainkan peran penting dalam mendukung, mengamankan, menghubungkan, dan melindungi konduktor dan kabel tanah, memastikan koneksi yang kuat dan andal. Perangkat keras diklasifikasikan menjadi lima jenis utama berdasarkan fungsinya: klamp garis, fitting konektor, fitting penyambung, fitting pelindung, dan fitting guy wire.

(6) Fondasi

Fondasi menancapkan menara ke tanah, mencegah kemiringan, runtuh, atau penurunan.

Kami akan memeriksa setiap komponen ini secara rinci dalam diskusi selanjutnya.

(7) Menara (Pylon)

Ada banyak jenis jaringan transmisi dan menara, dengan tingkat tegangan mencapai hingga 1000 kV. Bahan menara termasuk kayu, beton, rangka baja, dan struktur tabung baja, dan bentuk serta desainnya bervariasi. Tujuan jaringan transmisi adalah untuk menyampaikan daya listrik dari ujung ke ujung lainnya dengan kerugian minimal. Oleh karena itu, dalam kelas tegangan yang sama, jalur dirancang untuk meminimalkan impedansi dan memaksimalkan area penampang konduktor. Menara berfungsi untuk mendukung jalur dan mencegah kontak dengan objek konduktif lainnya yang dapat menyebabkan kesalahan grounding. Karenanya, mereka dibangun tinggi dan stabil struktural. Gambar di bawah ini menunjukkan jenis menara yang umum.

Berdasarkan fungsi nyata mereka dalam aplikasi teknik, menara lebih lanjut diklasifikasikan menjadi beberapa jenis: menara lurus (suspensi), menara sudut (corner) (digunakan untuk mengubah arah), menara terminal (untuk menghubungkan ke dan dari substasi), menara transposisi (digunakan untuk rotasi fasa), dan menara jarak jauh (didesain untuk menyeberangi sungai, danau, atau selat utama). Di dasar setiap menara adalah fondasi. Konduktor digantungkan dari lengan silang melalui rangkaian insulator.

Jika Anda melihat lebih dekat pada menara rangka baja, Anda akan melihat dua "tanduk" kecil yang mengarah ke atas—satu di setiap sisi—membawa kabel tipis. Ini bukan untuk transmisi listrik; mereka adalah kabel tanah udara (shield wire), juga dikenal sebagai kabel bumi, yang digunakan untuk perlindungan petir.

Menara transmisi memiliki berbagai bentuk. Untuk jalur sirkuit tunggal, konfigurasi umum termasuk tipe "gel