Abstrak—Pemakaian tegangan tinggi selain untuk mengurangi rugi-rugi daya, juga menghasilkan medan magnet di  sekitar  kawat  penghantar.  Medan  magnet  di  sekitar  kawat penghantar  menimbulkan  dampak  merugikan  bagi  operator maupun  penduduk  yang  bertempat  tinggal  di  dekat  saluran transmisi  Untuk  menganalisis  distribusi  medan  magnet  pada saluran  transmisi  di  gunakan  perangkat  lunak  berbasis  FEM (Finite Element Methode). Ide dasar dari FEM adalah membagi struktur,  badan  (body),  atau  daerah  yang  dianalisis  menjadi jumlah  yang  sangat  besar  dari  suatu  elemen  hingga  (finite element).  Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini  akan mensimulasikan  saluran  transmisi  500kV  dan  pengaruhnya terhadap sekitar (operator) untuk mendapatkan medan magnet yang  di  hasilkan.  Penelitian  ini  akan  menggunakan  perangkat lunak  CST  Studio  berbasis  FEM  untuk  melakukan  simulasi distribusi  medan  magnet  yang  di  hasilkan  oleh  saluran transmisi dan terhadap manusia.
Kata  Kunci — CST  Studio,  Finite  Element  Method,  Medan Magnet, Menara Transmisi, Saluran Transmisi.

## I. PENDAHULUAN
NERGI  listrik  adalah  salah  satu  energi  yang  sangat diperlukan dalam kehidupan sehari hari, sebelum dapat kita gunakan energi listrik dibangkitkan dari berbagai macam sumber  seperti  PLTA  (Pembangkit  Listrik  Tenaga  Air), PLTU  (Pembangkit  Listrik  Tenaga  Uap)  ,  dan  PLTG (Pembangkit  Listrik  Tenaga  Gas)  setelah  itu  energi  listrik tegangannya  di  naikan  oleh trafo  step  up dan  disalurkan melalui  saluran  transmisi  hal  ini  bertujuan  untuk memperkecil  rugi  daya  dan  susut  tegangan  pada  saluran transmisi,  setelah  itu  tegangan  diturunkan  menggunakan trafo  step  down lalu  disalurkan  melalui  saluran  distribusi hingga dapat kita gunakan.
Fungsi  utama  suatu  saluran  transmisi  adalah  untuk menyalurkan  energi  listrik  dari  pusat  pembangkit  ke  pusat- pusat beban. Untuk mengurangi rugi - rugi daya disepanjang saluran  transmisi,  maka  dipakailah  tegangan  tinggi. Pemakaian  tegangan  tinggi  ini  selain  mengurangi  rugi-rugi daya,  juga  menghasilkan  medan  magnet  di  sekitar  kawat penghantar  [1].  Medan  magnet  di  sekitar  kawat  penghantar menimbulkan  dampak  merugikan  bagi  operator  maupun penduduk yang bertempat tinggal di dekat saluran transmisi
Untuk menganalis distribusi medan magnet pada saluran transmisi akan digunakan metode yang bernama FEM ( Finite Element Method ). [2,5].
Pada studi kali ini, simulasi menggunakan CST Studio berbasis Finite  Element  Method (FEM)  digunakan  untuk mengetahui  kondisi  dan  persebaran  medan  magnet  pada saluran  transmisi  500  kV  dan  seberapa  besar  bahayanya terhadap operator.

## II. PERHITUNGAN MEDAN MAGNET PADA SALURAN TRANSMISI
Dalam  kalkulasi  medan  magnet,  kekuatan  medan magnet ( H ) membawa serangkaian informasi yang terdiri dari medan  magnet  ( B )  yang  dimana B  =  µH .  Pemanfaatan persamaan gelombang (Helmholtz’s equation) ada di (1)[5]. Ketika  sumber  frekuensi  adalah  50  Hz,  medan  magnet memodelkan hukum persamaan arus yang terdefinisi sebagai berikut.
∂ 2 H ∂x 2 + ∂ 2 H ∂y 2 + ∂ 2 H ∂z 2 − εμ ∂ 2 H ∂t 2 − μσ ∂H ∂t = 0          (1)
Dimana,  µ  adalah  permeabilitas  magnet, σ adalah konduktivitas, dan ε adalah konstanta permitivitas dielektrik. Dengan  mempertimbangkan  sistem  harmonik  waktu yang menyatakan H = H 𝑒 𝑗𝜔𝑡 , maka
∂ 2 H ∂x 2 =   −ω 2 H    dan ∂H ∂t = jωH                   (2)
Dimana 𝜔 adalah frekuensi angular Oleh  karena  itu,  melihat  dari  persamaan  3.1  dapat menjadi persamaan sebagai berikut.
∇ 2 H − jωσμH + ω 2 εμH = 0                           (3)
Dengan  mempertimbangan  masalah  di  3  dimensi (x,y,z) , maka
∂ ∂x ( ∂H ∂x ) + ∂ ∂y ( ∂H ∂y ) + ∂ ∂z ( ∂H ∂z ) − (jωμσ − μεω 2 )H = 0  (4)

## III. METODE PERHITUNGAN MEDAN MAGNET DENGAN METODE ELEMEN HINGGA

## A. Metode Element Hingga (FEM)
Metode  elemen  hingga  merupakan  salah  satu  metode numerik  yang  sering  digunakan  untuk  menyelesaikan permasalahan  struktur,  termal  dan  elektromagnetik.  Dalam metode ini permasalahan diselesaikan dengan menggunakan pendekatan prinsip dasar proses diskretasi. Proses diskretisasi pada  elemen  hingga  adalah  proses  pembagian  pada pemodelan  struktur  objek  dengan  membaginya  dalam elemen-elemen  kecil  yang  jumlahnya  tidak  terbatas tergantung  objek  tersebut  [1,2].  Elemen-elemen  tersebut adalah  bentuk  mesh-mesh  kecil  yang  terdapat  pada  obyek tersebut.  Metode  perhitungannya  adalah  menghitung  mesh-

## Analisis Medan Magnet Terhadap Operator yang Bekerja pada Saluran Transmisi Menggunakan Metode Elemen Hingga
Aditya Dwinugraha, I Made Yulistya Negara, dan Arif Musthofa Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
e-mail : yulistya@ee.its.ac.id, arif@ee.its.ac.id
E
mesh  kecil  yang  nantinya  digabung  menjadi  suatu  bentuk yang lebih besar untuk digabungkan. Hasil yang didapatkan berasal  dari  nilai  pendekatan  yang  kontinyu  terhadap    yang berhubungan antar bagian meshnya sehingga menjadi bentuk yang diharapkan[5,8].

## B.  Perhitungan Medan Magnet pada Saluran Transmisi
Metode umum untuk perhitungan medan magnet disekitar transmisi  dapat  dihitung  dengan  menggunakan  analisis  2 dimensi.  Dengan  menggangap  bahwa  transmisi  sejajar dengan  permukaan  bumi  yang  datar.  Dengan  menggunakan sistem koordinat yang diuraikan seperti gambar dibawah ini.

## Gambar 1 . Sistem Koordinat Perhitungan
Pada gambar 3.1, digambarkan bahwa konduktor transmisi sejajar dengan sumbu Z. Konduktor membawa arus sebesar I i , dengan arah berlawanan sumbu Z. Arah kuat medan H ji pada titik x j .y j dengan jarak r ij dari permukaan bumi mempunyai amplitudo
H j.i = I i 2𝜋r i.j (5)
Dalam nitasi vektor dituliskan
H j.i = I i x r j.i 2𝜋r i.j 2 = I i 2𝜋r i.j Φ i.j (6)
Unit vektor arah Φ i.j = − y i − y j r ij u x + x i − x j r ij u y (7)
Dimana u x = unit vektor arah sejajar sumbu x dan u y = unit vektor arah sejajar sumbu y.
Jika  ada  beberapa  konduktor  yang  membawa  arus  listrik maka kuat medan totalnya menjadi
H ji = Σ I i 2𝜋r i.j Φ i.j (8)
Medan  magnet  disekitar  transmisi  3  fasa  dipengaruhi  oleh kehadiran  arus  balik  tanah  ( earth  return )  khususnya  untuk titik yang jauh dari transmisi (dan dekat dengan tanah). Untuk transmisi yang seimbang, arus ini terdistribusi melalui tanah sepanjang  transmisi,  meskipun  akhirnya  jumlah  arusnya adalah nol. Arus tanah dapat dihitung dengan rumus Carson. Dengan  demikian  kuat  medan  magnet  yang  dihasilkan  oleh transmisi dan arus tanah dapat dituliskan [6]
H ji = I i 2𝜋r i.j Φ i.j − I i 2𝜋r ′ i.j [1 + 1 3 ( 2 𝛾r ′ i.j ) 4 ] Φ′ i.j (9)
Persamaan 3.8 menunjukkan medan magnet akibat pengaruh transmisi,  sedangkan  persamaan  3.9  menunjukkan  medan magnet  akibat  pengaruh  arus  balik  di  bumi  yang  juga merupakan faktor koreksi karena arus balik tanah sebesar 𝛾 = [jωμ(σ + jωε)] 1 4 ⁄
Keterangan: σ = konduktivitas tanah (0,001 sampai dengan 0,002 S/m) ε =  permitivitas  tanah  (8,85.10 -12 sama  dengan permitivitas udara)
terlihat bahwa r ′ ij juga merupakan bilangan komplek
r ′ i.j = [(x i − x j ) 2 + (y i − y j + 2 𝛾 ⁄ ) 2 ] 1 4 ⁄ (10)
Sedangkan
Φ′ i.j = − [ y i − y j + 2 𝛾 ⁄ r ′ ij ] u x + x i − x j r ′ ij u y (11)
Dari rumus diatas terlihat bahwa kuat medan magnet H tidak akan sefasa dengan sumber arusnya bila efek arus bumi diperhitungkan.

## C.  Perhitungan Medan dan Penyatuan Element Segitiga
Inti dari metode elemen hingga adalah diskretisasi, yaitu pembentukan  mesh  elemen-elemen  segitiga  kecil  dengan jumlah yang tak terbatas. Dengan mengetahui nilai potensial (V) pada satu elemen segitiga maka akan didapat nilai medan listrik pada permukaan isolator tersebut.

## Gambar 2. Pemodelan bentuk elemen segitiga
Persamaan  mencari  energi  pada  medan  elektrostatik untuk tiap elemen dapat didapatkan dari fungsi berikut:
𝑊 𝐸 = 1 2 𝜀 0 𝜀 𝑟 𝑉 𝑇 𝑆𝑉                               (12)
Berikut  metode  penyatuan  elemen-elemen  segitiga  yang telah terbentuk.

## Gambar 3. Penggabungan dua elemen segitiga
Dari  penggabungan  beberapa  elemen  segitiga  tadi didapatkan nilai energinya :
𝑊 = 1 2 𝜀 0 𝜀 𝑟 𝑉 𝑐𝑜𝑛 𝑇 𝑆𝑉 𝑐𝑜𝑛 (13)
Dimana
𝑆 =   𝐶 𝑇 𝑆 𝑑𝑖𝑠 𝐶                                       (14)
Persamaan    (18)  dapat  dijabarkan  menjadi  suatu  matrik koefisien  yang  terhubung  antar  satu  segitiga  dengan  yang lainnya.  Matriks  koefisiensi  dari  pengabungan  dua  element segitiga seperti pada gamba dibawah ini :
𝑆 = [ 𝑆 11 (1) + 𝑆 66 (2) 𝑆 12 (1) + 𝑆 21 (1) + 𝑆 46 (2) 𝑆 22 (1) + 𝑆 64 (2) 𝑆 13 (1) 𝑆 65 (2) 𝑆 44 (2) 𝑆 23 (1) 𝑆 45 (2)
𝑆 31 (1) 𝑆 32 (1) 𝑆 56 (1) 𝑆 54 (1)
𝑆 33 (1) 0 0
𝑆 55 (2) ]
(15)

## D.  Pemodelan Tower, Isolator, dan Manusia
Pemodelan awal yang dilakukan adalah pemodelan tower transmisi.  Jenis  tower  yang  digunakan  dalam  pemodelan adalah suspension  tower .  Hasil  pemodelan  tower  transmisi dapat dilihat pada gambar 4.
Gambar 4. Pemodelan Tower Transmisi
Setelah  pemodelan  tower  transmisi,  langkah  selanjutnya adalah  pemodelan  isolator  500  kV.  Pemodelan  batang konduktor  menggunakan  material epoxy  resin .  Hasil pemodelan  batang  konduktor  dalam  isolator  dapat  dilihat pada gambar 5.

## Gambar 5. Pemodelan Batang Konduktor dalam Isolator
Pemodelan  selanjutnya  adalah  memasang  sirip-sirip isolator dengan material polymide dan memasang end fitting dengan material iron . Hasil pemodelan isolator dapat dilihat pada gambar 6.
Gambar 6. Pemodelan Isolator
Setelah  pemodelan  isolator  selesai,  kita  lakukan pemasangan  isolator  pada  suspensi  isolator.  Dari  hasil pemodelan kita dapatkan hasil yang ditunjukkan pada gambar 7.
Gambar 7. Pemodelan Isolator dengan Suspensi
Dan Pemodelan manusia dapat dilihat pada gambar 8.
Gambar 8. Pemodelan Manusia
E.    Material  Penyusun  Tower  Transmisi,  Isolator  Polimer, dan Manusia
Tabel  berikut  menunjukan  material-material  yang digunakan  oleh  tower  transmisi,  dan  isolator  polimer  pada simulasi berdasarkan pada data library CST Studio Suite.
Tabel 1. Data Sheet Material Tower Transmisi dan Konduktor No Unit Material Copper (Pure) Ferro A6M (lossy) 1 Epsilon 1 5.9 2 Mue 1 1 3 El. Cond. (S/m) 5.96×10 7 4 Therm. Cond. (W/K/m) 2 Tabel 2. Data Sheet Material Isolator No Unit Material Epoxy Resin Polymide (lossy) 1 Epsilon 4 3.5
2
Mue 1 1
3 El. Cond. (S/m) 1 x10 -15 4 Rho (kg/m 3 ) 1500 1400 5 Therm. Cond. (W/K/m) 0.2 0.2 6 Heat cap. (kJ/K/kg) 1 7 Diffusivity (m 2/ /s) 1.42857 x10 -7 8 Young's Mod. (GPa) 13 2.5 9 Poiss. Ratio 0.45 0.4 10 Thermal Exp. (1e -6 /K)
Tabel 3. Data Sheet Material Manusia No Unit Material (Heart) 1 Epsilon 1 2 Mue 1
3
Rho (kg/m 3 ) 1100 4 Therm. Cond. (W/K/m) 0.293 5 Heat cap. (kJ/K/kg) 3.5 6 Diffusivity (m 2/ /s) 7.61039e x10 -8 7 Bloodflow (W/K/m 3 ) 9100 8 Metab. Rate (W/m 3 ) 1620

## F.  Simulasi Saluran Transmisi
Tegangan  yang  bekerja  pada  saluran  transmisi  sesuai dengan  tegangan  nominal  saluran  transmisi,  yaitu  500  kV. Gambar 9 menunjukan tegangan yang diberikan pada saluran transmisi  tersebut.  Tegangan  500  kV  3  fasa  diberikan  pada konduktor  yang  berwarna  merah  pada  gambar  dengan penempatan R, S dan T .
Gambar 9. Tegangan Kerja Saluran Transmisi

## IV. HASIL SIMULASI DAN ANALISIS DATA

## A. Hasil Simulasi pada Saluran Transmisi
Pada  gambar  10,  dapat  dilihat  distribusi  medan  magnet pada saluran transmisi dengan indikator warna. Warna merah pada gambar menunjukkan nilai medan magnet tertinggi dan warna  biru  bernilai  sedikit  atau  tidak  ada  nilai  medan magnetnya.  Pada  gambar  a  dan  b  menunjukkan  nilai distribusi medan magnet di tengah-tengah saluran transmisi.
(a)
(b) Gambar  10. Distribusi  Medan  Magnet  di  Saluran  Transmisi,  (a)  Tampak Depan (b) Tampak Samping

## B. Analisis Medan Magnet pada Tower
Nilai medan magnet pada tower mengalami naik turun. Pada  titik  awal  peningkatan  konstan,  lalu  pada  titik  23 mengalami  peningkatan  yang  signifikan  dan  nilai  tertinggi ada  pada  ketinggian  39,31m  yang  bernilai  0,83  Vs/m 2 ,  lalu turun hingga titik 60.
Gambar 11. Grafik Medan Magnet pada Tower

## C. Analisis Medan Magnet pada Phase R, S, dan T
Dapat  dilihat  digambar  12  nilai  medan  magnet  pada saluran transmisi di phase T dengan tinggi kurva 30 m. Garis berwarna biru menunjukkan tinggi dari kurva tersebut. Pada titik T nilai medan magnet adalah 0,17 Vs/m 2 dan mengalami peningkatan  hingga  titik  R.  Pada  titik  S  dengan  tinggi  38m bernilai  0,21  Vs/m 2 .  Dan  pada  titik  R  dengan  tinggi  46m bernilai 0,35 Vs/m 2

## Gambar 12. Grafik Medan Magnet pada Phase R, S, dan T
D.  Analisis  Medan  Magnet  pada  Konduktor  (Jarak Terendah) dan Manusia
Nilai  medan  magnet  di  konduktor  saluran  transmisi mengalami kenaikan dan sedikit penurunan. Gambar 13 pada manusia  dengan  ketinggian  0  -  2,2  m  terlihat  garis  kurva mengalami sedikit kenaikan dengan nilai medan magnet rata- rata  0,025  Vs/m 2 ,  lalu  pada  ketinggian  10  m  mengalami kenaikan  yang  drastis  hingga  pada  titik  puncak  di  tepi konduktor  yaitu  di  ketinggian  23  m  yang  bernilai  0,328 Vs/m 2 .  Lalu  pada  konduktornya  sendiri  mengalami penurunan, ini dikarenakan medan magnet terkuat adalah di sekitar konduktor maka di konduktornya sendiri nilai medan magnet  kecil  dibandingkan  sekitarnya.  Pada  gambar  4.13 menunjukkan nilai medan magnet pada manusia yaitu sebesar 0,0187 Vs/m 2 .
Gambar 13. Perbandingan medan listrik pada sirip isolator dengan keretakan

## E.  Perbandingan  Medan  Magnet  pada  Manusia  di  Bawah Saluran Transmisi
Dalam  bahasan  ini,  akan  dilakukan  perbandingan  antar manusia dengan jarak  masing-masing 30  m pada  sepanjang saluran transmisi. Pada gambar 4.16 dapat dilihat nilai medan
magnet  pada  jarak  0  m  dari tower mengalami  peningkatan hingga jarak 120 m, lalu dari jarak 120 m hingga 180 hampir konstan  di  0,06  Vs/m 2 .  Ini  menandakan  bahwa  nilai  medan magnet terbesar  yaitu 0,06 Vs/m 2 terletak di tengah  saluran transmisi atau di bawah konduktor (jarak terendah).
Gambar  15.  Grafik  Medan  Magnet  pada  Manusia  di  Bawah  Saluran Transmisi
F.  Perbandingan  Pengukuran  Langsung  dengan  Hasil Simulasi
Setelah mendapatkan hasil kurva dan grafik dari simulasi lf  solver dalam software CST  Studio  Suite,  langkah selanjutnya  adalah  melakukan  pengukuran  langsung  di saluran  transmisi  500  kV.  Pengukuran  dilakukan  di  saluran transmisi  500  kV  krian  -  gresik  yang  melewati  Surabaya tepatnya  di  Surabaya  bagian  barat.  Pengukuran  langsung dilakukan  dengan  menggunakan  alat  ukur  medan  magnet ELF Field Strength Measurement System produksi Holaday Industries Inc. dengan tipe alat ukur HI-3604.
Langkah  pertama  pengukuran  langsung  medan  magnet adalah mengukur jarak yang akan diukur. Jarak pengukuran disesuaikan  dengan  jarak  yang  ada  di  pemodelan  simulasi saluran  transmisi.  Setelah  mendapatkan  nilai-nilai  medan magnet  pada  titik-titik  yang  sudah  ditentukan  dengan menggunakan simulasi lf solver dalam software CST Studio suite  dan  pengukuran  langsung  di  Gardu  Induk  Driyorejo, kita dapat membandingkan nilai-nilai medan magnet tersebut menggunakan  grafik.  Berikut  hasil  perbandingan  simulasi dengan pengukuran ditunjukkan di tabel 4.
Tabel 4. Perbandingan Hasil Simulasi dengan Pengukuran Jarak (meter) Hasil Simulasi (Vs/m 2 ) Pengukuran (Vs/m 2 ) 0 0,018 0,02 30 0,031 0,035 60 0,051 0,038 90 0,058 0,034 120 0,059 0,048 150 0,059 0,043 180 0,06 0,05

## V. KESIMPULAN
Nilai  medan  magnet  terbesar  pada  saluran  transmisi terletak  di  bagian  samping  kanan  dan  kiri  dari  menara transmisi yaitu sebesar 0,83 Vs/m 2 dan yang terkecil terletak pada manusia yang berada di bawah konduktor yaitu sebesar 0,0187  Vs/m 2 .  Hal  ini  dikarenakan  faktor  penyusun  bahan dan  konduktifitas  termal  bahan,  sehingga  mengakibatkan efek  polarisasi  antar  muka  makroskofis  ( macroscopic
interface )  yang  dapat  memperburuk  sifat  dielektrik  bahan. Bahan steel pada menara transmisi menunjukkan nilai medan magnet yang lebih tinggi dibandingkan lainnya.
Pada  simulasi  terhadap  operator  (manusia)  di  bawah saluran transmisi didapatkan hasil bahwa nilai rata - rata yang terdapat  di  simulasi  adalah  0,048  Vs/m 2 ,  ini  mengartikan bahwa  manusia  yang  berada  di  sekitar  tower  transmisi melebihi ambang batas aman untuk intensitas medan magnet, karena  batasan  untuk  manusia  adalah  0,025  Vs/m 2 berdasarkan  SNI  04-6950-2003.  Dan  ini  akan  berdampak jangka panjang terhadap kesehatan manusia.
Dari hasil perbandingan dapat dilihat nilai pengukuran langsung  dengan  simulasi  tidak  berbeda  jauh.  Nilai  medan magnet berada dititik tertingginya pada saat 180 meter yang terletak  di  tengah  saluran  transmisi  atau  tepat  di  bawah konduktor  dengan  jarak  terendah  yaitu  sebesar  0,06  Vs/m 2 pada hasil simulasi dan 0,05 Vs/m 2 pada hasil pengukuran.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Tobing,  Bonggas  L.,  2003,  ” Dasar  Teknik  Pengujian  Tegangan Tinggi ,” Jakarta: PT Gramedia Pustaka Utama.
[2] Vassiliki T. Kontargyri, Ioannis F. Gonos, Ioannis A. Stathopoulos, and Alex M.Michaelides, “ Simulation of the Electric Field on High Voltage Insulators using the Finite Element Method ”, IEEE 2006.
[3] Sani Ugustra, “Kajian Kuat Medan Listrik Pada Konfigurasi Vertikal Saluran Transmisi 150kV” , 2015
[4] SPLN 121, ”Konstruksi Saluran Udara Tegangan Tinggi 70 KV dan 150KV dengan Tiang Beton/Baja”, Jakarta, 1996.
[5] Bunmat  A.,  P.Pao-la-or, “Analysis  of  Magnetic  Field  Effects Operators  Working  a  Power  Transmission  Line  Using  3D  Finite
Element Method” , Thailand, 2015
[6] Hitoshi  Kusuma  Putra, “Analisis Pengaruh Medan Listrik Isolator Terhadap Tower Distribusi Saat Terkena Tegangan Tinggi dengan Menggunakan Metode Elemen Hingga”, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, 2016.
[7] Hayt  William  H.  And  John  A.  Buck,  “ Elektromagnetika  Edisi Ketujuh” , Penerbit Erlangga, Januari 2006.
[8] Yusrizal  Afif, “Analisis  Distribusi  Medan  Listrik  Pada  Isolator Gantung  Bahan  Polimer  Menggunakan  Finite  Element  Method” , Institut Teknologi Sepuluh November, 2014.