analisis sistem pentanahan peralatan pada...
TRANSCRIPT
1
ANALISIS SISTEM PENTANAHAN PERALATAN
PADA KOMPONEN UTAMA PADA GARDU INDUK
DI MAROS
GROUNDING SYSTEM ANALYSIS OF THE MAIN
COMPONENT EQUIPMENT AC SUBSTATION
OF MAROS
JULIANA SULAIMAN
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2012
2
ANALISIS SISTEM PENTANAHAN PERALATAN
PADA KOMPONEN UTAMA PADA GARDU INDUK
DI MAROS
Tesis
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Magister
Program Studi Teknik Elektro
Disusun dan Diajukan Oleh
JULIANA SULAIMAN
kepada
PROGRAM PASCASARJANA
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2012
3
PERNYATAAN KEASLIAN TESIS
Yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Juliana Sulaiman
Nomor Mahasiswa : P2700209063
Program Studi : Teknik Elektro
Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini benar-
benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan
pengambilalihan tulisan atau pemikiran orang lain. Apabila di kemudian
hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa sebagian atau keseluruhan tesis
ini hasil karya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan
tersebut.
Makassar, Februari 2012
yang menyatakan
Juliana Sulaiman
4
PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah yang telah
memberikan rahmat, hidayah serta karunia-Nya sehingga penyusunan
hasil penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa penyusunan penelitian ini tidak luput dari
segala kekurangan. Namun berkat bantuan, motivasi dan doa dari
berbagai pihak sehingga penyusunan penelitian ini dapat terselesaikan.
Pada kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan rasa
terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :
1. Prof. DR. Ir. H. Salama Manjang, MT., sebagai Ketua Program Studi
Teknik Elektro Program Pascasarjana Universitas Hasanuddin
sekaligus sebagai Sekertaris Komosi Penasehat.
2. Prof. DR. Ir. Muh. Arief, Dipl. Eng., selaku Ketua Komisi Penasehat.
3. Prof. DR. Ir. H. Nadjamuddin Harun, MS., selaku Dosen Penguji
4. Prof. DR. Ir. H. Muh. Tola, M.Eng., selaku. Dosen Penguji
5. DR. Ir. H. Andani Achmad., selaku Dosen Penguji..
6. Seluruh staf dan pegawai PT. PLN (Persero) Cab Makassar
7. Seluruh dosen, kepala dan staf jurusan, kepala dan staf perpustakaan
Teknik Elektro Program Sarjana Universitas Hasanuddin yang tidak
sempat kami sebutkan namanya.
5
8. Kedua orang tua, khususnya Bapak SulaIman Dassi, Ibu Elisabeth
R.U. (Almh)¸ kakak dan adik serta keluarga tercinta yang telah
memberikan dukungan moril maupun materil.
9. Untuk Suami yang tercinta Agus Handoyo dan anakku tercinta
Johanes Auzora Handoyo yang memberi dukungan..
10. Terima kasih yang sebesar- besarnya kepada bapak Matius Sau’ yang
telah membantu dan membimbing serta memberikan dukungan.
11. Seluruh teman-teman, mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Program
Pascasarjana Universitas Hasanuddin khususnya angkatan 2009.
Diharapkan agar tulisan ini nantinya dapat bermanfaat bagi setiap
mahasiswa yang berkecimpung dalam pengembangan ilmu
ketenagalistrikan. Disadari pula tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan
karena kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT. oleh karena itu saran
dan kritikan yang sifatnya membangun senantiasa kami harapkan untuk
memperoleh hasil yang lebih baik. Semoga Allah SWT selalu memberikan
Rahmat-Nya kepada kita semua. Amiin.
Makassar, 2012
Penulis
6
ABSTRAK
Juliana Suleman, Analisis Sistem Pentanahan PeralatanKomponen Utama pada Gardu Induk Maros( Dibimbing oleh Prof. DR. Ir. H. Muh. Arief, Dipl. Ing.
Dan Prof. DR. Ir. H. Salama Manjang, MT.)
Penelitian ini bertujuan untuk (1) Menghitung besarnya tahananpentanahan pada gardu induk Maros (2) Menghitung besar arusgangguan saat terjadi kegagalan isolasi sistem pada gardu induk Maros.(3) Menghitung besar tegangan sentuh dan tegangan langkah saatterjadi kegagalan isolasi sistem pada gardu induk Maros. (4)Mengevaluasi sistem pentanahan peralatan komponen utama padagardu induk Maros. Metode peneltian yang dilakukan dengan carakualitatif menggunakan simulasi ETAP. Hasil penelitian menunjukkanbahwa (1) Besarnya tahanan pentanahan pada pada gardu induk Marossebesar 0.71476 Ohm (metode Sverak) dan 0.50235 Ohm (metodeScwarz). (2) Besarnya arus gangguan yang timbul pada saat hubungsingkat satu fasa ke tanah selama 0.1 detik berdasarkan hasilpengukuran sebesar 10 kA, sedangkan hasil analitik memungkin arus gridsebesar 27,996 kA (3) Besarnya tegangan sentuh sebesar 154.8623Volt (50 kg) dan 282.1918 Volt (70 kg). Sedangkan tegangan langkahsebesar 491.3763 Volt (50 kg) dan 895.3911 Volt (70 kg). (4) Hasilevaluasi yang telah dilakukan dengan membandingkan hasil perhitungan,hasil simulasi dengan ETAP dan hasil pengukuran dengan standar IEEEmaka sistem pentanahan gardu induk maros memenuhi syarat untuktahanan sistem,pentanahan tegangan sentuh dan tegangan langkah yangdiizinkan.
Kata Kunci : Sistem Pentanahan, Gardu Induk, Tahanan, Tegangan,ETAP
7
ABSTRACT
Juliana Sulaiman, The analysis of the Grounding system of maincomponent equipment in Maros main station
( Supervised by Prof. DR. Ir. H. Muh. Arief, Dipl. Ing.and Prof. DR. Ir. H. Salama Manjang, MT.)
This research aims to (1) analysis grounding resistance in Marossubstation (2) Analysis of failure current cause of short circuit (3)Analysis touch voltage and step voltage cause of one phase to groundshort circuit (4) Evaluation of grounding system in Maros substation. Themethod was doing in research is qualitative used ETAP simulation. Theresults are (1) Resistance of grounding system are 0.71476 Ohm withSverak methods and 0.50235 Ohm with Scwarz methods. (2) the value ofcurrent of failure cause by one phase to ground short circuit is 10 kA byobtain with measured, and the analytic is 27,996 kA by grid current (3)the value of touch voltage is 154.8623 Volt (weight is 50 kg) and282.1918 Volt (weight is 70 kg), and then the step voltage 491.3763 Volt(weight is 50 kg) and 895.3911 Volt (weight is 70 kg). (4) the evaluationresult was done with compare of analytic, measure and simulation withETAP show that the grounding system in Maros substation are standard ofrequest in grounding resistance, touch and step voltages.
Key words: Grounding system, main station, Resistance, Voltages, ETAP
8
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang Masalah
Pentanahan merupakan bagian yang sangat penting karena
merupakan titik referensi tegangan nol bagi pusat pembangkit, peralatan
gardu induk dan peralatan lainnya Pentanahan yang dilakukan ini juga
berfungsi untuk mencegah terjadinya kejutan listrik pada manusia
(operator) apabila terjadi kebocoran arus listrik atau kegagalan fungsi
isolasi (kegagalan fungsi alat).
Sistem pentanahan yang dilaksanakan pada komponen
utama pada gardu induk harus handal dan kuat serta ditinjau dari segi
keandalan sangat ekonomis, apabila sistem mengalami hubungan
singkat fase ke tanah. Gangguan hubungan singkat fase ke tanah
mempunyai konstribusi daya yang cukup besar sehingga sistem
pentanahan yang handal dan harus kuat menanggung beban secara
mendadak (suddenly) yang mengakibatkan goncangan stabilitas
pembangkit. Sistem akan stabil jika sistem pentanahan mampu merespons
secara cepat gangguan yang terjadi.
Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap
manusia, bilamana terjadi kontak langsung atau manusia berada dalam
suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Pada
gardu induk, besar kemungkinan terjadi bahaya yang disebabkan oleh
9
timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir ke bumi. Arus
gangguan ini mengalir pada bagian -bagian peralatan yang terbuat
dari metal dan juga mengalir dalam tanah sekitar gardu induk. Arus
gangguan tersebut akan menimbulkan gradien tegangan antara peralatan
dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan
permukaan tanah itu sendiri.
Dengan dibangunnya Gardu induk sistem interkoneksi jalur
tengah dari GI Sidrap ke Sungguminasa lewat Maros, maka gardu
induk Maros yang bertegangan 70 kV sebelumnya dinaikkan
tegangannya menjadi 150 kV. Dengan demikian maka sistem
pentanahan yang ada tentunya akan diperbaharui sesuai dengan
peruntukannya. Oleh karena itu, maka penelian ini dilakukan
untuk mengevaluasi sistem pentanahan gardu induk Maros 150
kV sehingga.nantinya dapat diketahui aman tidaknya terhadap
operator atau manusia yang berada disekitar GI induk bila terjadi
gangguan atau kegagalan peralatan akibat gangguan.
B. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang diuraikan di atas, maka
masalah yang ada dapat dirumuskan sebagai berikut :
1. Bagaimana menghitung
besarnya tahanan pentanahan pada gardu induk ?
10
2. Bagaimana menghitung
besar arus gangguan yang timbul pada saat terjadi
kegagalan isolasi pada kompenen utama pada gardu induk ?
3. Bagaimana menghitung
besar tegangan sentuh dan tegangan langkah yang timbul
pada saat terjadi kegagalan isolasi sistem pada kompenen
utama pada gardu induk ini ?
4. Bagaimana mengevaluasi
sistem pentanahan peralatan komponen utama pada gardu
induk ?
C. Tujuan Penelitiaan
Adapun tujuan penelitian ini, adalah:
1. Menghitung besarnya tahanan pentanahan pada pada gardu
induk Maros
2. Menghitung besar arus gangguan yang timbul pada saat
terjadi kegagalan isolasi sistem pada gardu induk Maros.
3. Menghitung besar tegangan sentuh dan tegangan langkah
yang timbul pada saat terjadi kegagalan isolasi sistem pada
gardu induk Maros.
4. Mengevaluasi sistem pentanahan peralatan komponen utama
pada gardu induk Maros.
11
D. Manfaat Penelitian
Manfaat penetitian adalah :
1. Berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan di bidang
ketenaga listrikan untuk masa yang akan datang,
terutama dalam hal sistem pentanahan peralatan
komponen utama pada gardu induk, yang menyangkut
keselamatan operator dan keamanan peralatan sistem
pembangkit, akibat kegagalan isolasi sistem yang
menyebabkan tegangan sentuh.
2. Berguna untuk pertimbangan dalam mengoptimalkan
kinerja sistem pada gardu induk.
3. Dapat memberikan konstribusi dalam perancangan pada
gardu induk.
E. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah
Penelitian ini dilakasanakan di gardu induk 150 kV Maros
secara khusus pada peralatan sistem pentanahan seperti ukuran
konduktor pentanahan, elektroda, transformator daya dan
peralatan proteksi. Dengan demikian maka tahanan sistem
pentanahan, besar tegangan sentuh dan tegangan langkah yang
timbul pada saat terjadi kegagalan isolasi dapat diketahui, tanpa
12
menganalisis kondisi sistem pentanahan saat terjadi gangguan di
jaringan.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
A. Tinjauan umum Gardu Induk
Gardu Induk merupakan sub sistem dari sistem penyaluran
(transmisi) tenaga listrik atau merupakan satu kesatuan dari sistem
penyaluran (transmisi). Penyaluran (transmisi) merupakan sub dari sistem
tenaga listrik. Gardu induk mempunyai peranan penting dalam
pengoperasian yang tidak dapat dipisahkan dari sistem penyaluran
transmisi dimana pada umumnya yang terpasang di Indonesia hanya
bersifat praktis (terapan) sesuai konstruksi yang terpasang di lapangan.
Berdasarkan pemasangannya gardu induk terbagi atas:
Gardu Induk Pasangan luar adalah gardu induk yang sebagian besar
komponennya ditempatkan diluar gedung, kecuali komponen control,
system proteksi dan system kendali serta komponen bantu lainnya yang
ada didalam gedung. Gardu Induk semacam ini disebut gardu induk
konvensional. Untuk daerah-daerah yang padat pemukiman dan dikota-
kota besar di pulau Jawa. Sebagian menggunakan gardu induk pasangan
dalam yang disebut Gas Insulated Substation atau Gas insulated
Switchgear (GIS)
13
Gardu Induk Pasangan Dalam adalah gardu induk yang hampir semua
komponennya (Switchgear), busbar, isolator, komponen kendali, cubicle
dan lain-lainnya dipasang di dalam gedung kecuali tansformator daya
pada umumnya dipasang diluar gedung. Gardu induk semacam ini biasa
disebut Gas Insulated Substation (GIS). GIS merupakan bentuk
pengembangan gardu induk yang umumnya dibangun di daerah
perkotaan atau pemukiman yang sulit untuk mendapatkan lahan.
Berdasarkan fungsi dari gardu induk terbagi atas (Henry B.H.
Sitorus, 2008) :
Gardu Induk Penaik Tegangan adalah gardu induk yang berfunggsi untuk
menaikkan tegangan yaitu tegangan pembangkit (Generator) dinaikkan
menjadi tegangan sistem. Gardu induk ini berada dilokasi pembangkit
tenaga listrik karena output voltage yang dihasilkan oleh pembangkit
listrik kecil dan harus disalurkan pada jarak yang jauh, maka dengan
pertimbangan efisiensi tegangannya dinaikkan menjadi tegangan ekstra
tinggi atau tegangan tinggi.
Gardu Induk Penurun Tegangan adalah gardu induk yang berfungsi untuk
menurunkan tegangan dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang
lebih rendah dan menengah seperti tegangan distribusi. Gardu induk ini
terletak di daerah pusat-pusat beban karena gardu induk ini melayani
pelanggan (beban).
Gardu Induk PengaturTegangan, umumnya terletak jauh dari pembangkit
tenaga listrik karena disalurkan sangat jauh, sehingga jatuh tegangan
14
(voltage drop) transmisi yang cukup besar. Oleh karena itu dibutuhkan
alat penaik tegangan seperti bank capasitor yang berfungsi untuk
mengembalikan tegangan ke keadaan normal.
Gardu Induk Pengatur Beban berfungsi untuk mengatur beban, pada
umumnya dipasang beban notor, dimana pada kondisi tertentu,
berubah menjadi pembangkit yang mana motor berubah fungsi menjadi
generator dan saat generator menjadi motor atau beban dengan beban
generator berubah menjadi motor.
Gardu Induk Distribusi yaitu gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik
dari tegangan sistem ke tegangan distribusi, dimana gardu induk ini
terletak di dekat pusat-pusat beban.
.
B. Pengertian Sistem Pentanahan
Sistem pentanahan berfungsi sebagai sarana untuk mengalirkan
arus hubungan singkat ke tanah dan menyebar ke segala arah.
Namun demikian yang menjadi perhatian dalam perancangan
sistem pentanahan adalah tidak timbulnya bahaya tegangan langkah
dan bahaya tegangan singgung (tegangan sentuh). Kriteria yang
dituju dalam pembuatan sistem pentanahan adalah bukan hanya pada
rendahnya nilai tahanan tanah akan tetapi tegangan sentuh dan tegangan
langkah menjadi pokok permasalahan. Selain itu sistem pentanahan
sangat menentukan rancangan sistem yang dipasang karena semakin
tinggi nilai tahanan pentanahan akan semakin tinggi pula tegangan pada
15
penyama potensial, sehingga upaya perlindungan yang dilakukan akan
Iebih berat (Dhimas Dhesah Kharisma, 2010).
Pertimbangan-pertimbangan dalam penggunaan indikator
hubungan singkat fase ke tanah ini dilihat dari aspek-aspek, yaitu
keandalan, kepraktisan dan biaya semurah-murahnya tanpa mengurangi
mutu dan sistem pelayanan (Holmes H. Simbolon, 2011).
Kriteria- kriteria yang harus dipenuhi dalam pelaksanaan
pentanahan sistem adalah kedalaman penanaman elektrode
pentanahan, panjang elektrode batang, jumlah electrode batang (rod),
ketebalan lapisan tanah bagian pertama dan tahanan jenis tanah tiap
lapisan (Holmes H. Simbolon, 2011).
C. Sistem Pentanahan pada Gardu Induk
Pembangkit tenaga listrik sering mengalami kerusakan yang
terjadi yang menyebabkan terhentinya pelayanan listrik. Selama ini
penanggulangan kerusakan hanya dilakukan dengan penggantian
komponen pada gardu induk. Hal ini tentunya sangat tidak ekonomis,
terlebih lagi jika generatornya yang rusak. Hal ini dapat dilihat karena
kurang baiknya sistem pengaman antara lain kawat tanah dan penangkal
petir.
Sistem pentanahan peralatan berlainan dengan sistem
pentanahan jaringan yaitu suatu pentanahan bagian peralatan yang pada
16
kerja normal tidak dilalui arus. Tujuan pentanahan peralatan itu adaiah
(Dian Saefulloh ,2010) :
(1) Untuk membatasi tegangan antara bagian-bagian
peralatan yang tidak dilalui arus dan antara bagian-bagian
ini dengan tanah sampai pada suatu nilai yang aman (tidak
membahayakan) untuk semua kondisi operasi normal
atau tidak normal. Untuk mencapai tujuan ini, suatu
sistem pentanahan peralatan atau instalasi dibutuhkan.
Sistem pentanahan ini gunanya untuk memperoleh
potensial yang merata ( uniform ) dalam semua bagian
struktur dan peralatan , dan juga untuk menjaga agar
operator atau orang yang berada di daerah instalasi
itu, berada pada potensial yang sama dan tidak
berbahaya pada setiap waktu. Dengan dicapainya
potensial yang hampir merata pada semua titik dalam
daerah s is tem pentanahan in i t imbu lnya
perbedaan potens ia l yang besar pada jarak yang
dapat dicapai oleh manusia sewaktu terjadi hubung singkat
kawat fase ke tanah menjadi sangat kecil.
(2) Untuk memperoleh impedans yang kecil atau rendah dari
jalan balik arus hubungan singkat ke tanah. Kecelakaan pada
personil timbul pada saat hubungan singkat ke tanah
terjadi. Jadi bila arus hubungan singkat ke tanah itu
17
dipaksakan mengalir melalui impedans tanah yang
tinggi, ini akan menimbulkan perbedaan potensial yang
besar dan berbahaya. Juga impedans yang besar pada
sambungan-sambungan pada rangkaian pentanahan
dapat menimbulkan busur listrik dan pemanasan yang
besarnya cukup menyalakan material yang mudah terbakar.
Secara umum dapat ditinjau bahaya-bahaya yang mungkin
dapat ditimbulkan oleh tegangan atau arus listrik terhadap manusia
mulai dari yang sampai yang paling berat, yaitu: terkejut, pingsan dan
mati.
Ringan atau berat bahaya yang mungkin timbul, tergantung pada
faktor-faktor di bawah ini:
1. Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut.
2. Besar arus yang melewati tubuh manusia.
3. Jenis arus yaitu arus searah atau bolak-balik.
1. Tegangan
Pada sistem tegangan tinggi maupun pada sistem tegangan
menengah atau tegangan rendah juga sering terjadi kecelakaan
terhadap manusia, dalam hal terjadi kontak iangsung atau dalam hal
manusia berada di dalam suatu daerah yang mempunyai gradien
tegangan yang tinggi. Pada Prinsipnya yang menyebabkan bahaya
tersebut adalah besar arus yang mengalir dalam tubuh manusia.
18
Khususnya pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik atau
pada gardu-gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama
disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir
ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian
peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di
sekitar pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Arus gangguan tersebut
menimbulkan gradien tegangan di antara peralatan dengan peralatan,
peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan
tanah itu sendiri. Untuk menganalisis lebih lanjut hal tersebut akan
ditinjau beberapa kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang
yang sedang berada di dalam dart di sekitar pusat pembangkit atau
gardu induk tersebut.
2. Eksposur tegangan
Apabila ada kontak yang tidak disengaja antara bagian-bagian
yang dilalui oleh arus listrik pada kerangka metal dari peralatan, kerangka
metal itu menjadi bertegangan yang sama dengan tegangan peralatan.
Untuh mencegah terjadinya tegangan kejut yang berbahaya,
kerangka metal peralatan tersebut harus dihubungkan ke tanah
melalui impedans yang rendah. Impedans pentanahan itu harus
sedemikian kecilnya sehingga tegangan ( IZ ) yang timbul pada
kerangka peralatan harus cukup kecil dan tidak berbahaya.
19
Seperti yang telah diketahui bahwa International
Electrotecnical Commission ( IEC ) mengusulkan besar tegangan
sentuh yang izinkan sebagai fungsi lama gangguan, yang terlihat
pada Tabel 2.1, biasanya digunakan untuk sistem tegangan konsumen
atau misalnya untuk sistem pentanahan pengaman yang termuat dalam
PUIL Pasal 324, jika terjadi kegagalan isolasi pada peralatan, maka
besarnya arus gangguan dari titik gangguan ke badan peralatan
tersebut, dan dan badan peralatan ke tanah melalui tahanan pentanahan
Rt, maka timbullah tegangan sentuh pada badan peralatart sebesar InRt.
Agar persyaratan dalam Tabel 2.1, dapat dipenuhi, maka
tahanan Rt dapat dinyatakan sebagai berikut (T. S. Hutauruk, 1999):
ohm (2.1)
Dengan :
Rt = hambatan tanah dari titik netral sistem (Ohm ).
In = arus nominal dari alat pengaman lebur atau alat pengaman
arus lebih (Ampere )
k = bilangan yang besarnya tergantung pada karakteristik alat
pengaman = 2,5 – 5 untuk pengaman lebur atau sekring.=
1,25 – 3,5 untuk pengaman lainnya.
Biasanya besar impedans transformator, kecil terhadap Rt atau
Rg. Maka besar arus hubung singkat yang terjadi adalah :
(2.2)
Sedangkan untuk tahanan rangka dari peralatannya adalah :
20
(2.3)
Dengan:
Ef = tegangan fase dari sistem ( Volt ).
If = arus hubung singkat (Ampere).
Rt = tahanan titik netral sistem ( Ohm ).
Rg = tahanan rangka dari peralatan ( Ohm ).
k = bilangan karakteristik pengaman.
Sedangkan mengenai tahanan saluran sistem Rsaluran /3, adalah
sangat kecil sekali. Maka dalam perhitungan untuk mencari besar arus
hubung singkat atau besar arus gangguan yang terjadi dapat diabaikan.
Tabel 2.1. Besar dan Lama tegangan sentuh maksimum
(T. S Hutauruk, 1999)
Tegangan sentuh RMS (Volt) Waktu Pemutusan Maksimum (detik)
<50
50
75
90
110
150
∞
5,0
1,0
0,5
0,2
0,1
21
220
280
0,05
0,03
Gambar 2.1. Hubungan tanah pada peralatan dalam suatu sistem yang
titik netralnya ditanah (T. S Hutauruk, 1999)
3. Macam- macam Tegangan
Kalau diperhatikan macam-macam tegangan yang timbul pada
suatu pusat pembangkit l istr ik akibat kegagalan isolasi atau
kegagalan suatu sistem maka sangat sulit menentukan secara
tepat mengenai perhitungan yang mungkin timbul akibat kesalahan ke
tanah terhadap orang yang sedang berada di dalam atau disekitar
pusat pembangkit tenaga iistrik tersebut, karena banyak faktornya
yang mempengaruhi dan tidak diketahui. Untuk menganalisis keadaan ini
maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang
sedang berada di dalam atau di sekitar pusat pembangkit tersebut
pada saat tejadi kesalahan ke tanah.
22
Pada hakekatnya perbedaan tegangan selama mengalirnya arus
gangguan tanah dapat digambarkan sebagai:
a. Tegangan sentuh
Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat di antara suatu
obyek yang disentuh dan suatu titik beriarak 1 meter, dengan asumsi
bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan elektrode
pentanahan yang berada di bawahnya ( atau di dalam tanah ).
Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan
kontak ke tanah dari kaki orang tersebut. Pada Gambar 2.2. dengan
rangkaian penggantinya dapat diperlihatkan bagaimana tegangan yang
timbul terhadap tanah selama ganggnan terjadi pada suatu sistem
pusat pembangkit tenaga listrik.
Gambar 2.2 Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya(T. S. Hutauruk, 1999)
Dari rangkaian pengganti dapat dilihat persamaannya
sebagai berikut:
Es= (Rk + Rf /2).Ik( Volt ) (2.4)
23
Dengan :
Es = tegangan sentuh ( Volt )
Rk = tahanan badan orang ( 1000 Ohm )
R1= tahanan kontak ke tanah dari sate kaki.pada tanah yang
diberi lapisan koral 10 cm. ( 3000 Ohm )
lk = besarnya arus yang timbul melalui badan. ( Ampere )
Tahanan badan orang telah diselidiki oleh beberapa ahli
sebagaimana terdapat dalam Tabel 5, dan sebagai harga pendekatan
diambil Rk = 1000 Ohm. Tahanan Rf mendekati nilai 3 ps, dengan ps
adalah tahanan jenis tanah di sekitar permukaan. Arus Ik diambil
dari harga persamaan. 6, yaitu ( Ik 0,116/√t ), dengan demikian
tegangan sentuh menjadi :
Es = ( 1000+-3 ps/2 )x 0,116 / √t (Volt) (2.5)
Dengan :
ρs = tahanan jenis tanah di sekitar permukaan ( Ohm-meter )
= 3000 Ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi
koral 10 cm.
t = waktu kejut atau lama gangguan tanah ( detik ).
Dalam Tabe l 2.2 diberikan besar tegangan sentuh yang diizinkan
dan lama gangguan.
24
Tabel 2.2 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan t (detik) Tegangan sentuh yang diizinkan
(Volt)
0.1 1980
0,2 1400
0,3 1140
0.4 990
0,5 890
1,0 626
2,0 443
3,0 362
Sumber : IEEE Std 80-1986
b. Tegangan Langkah
Tegangan langkah adalah tegangan yang terjadi atau yang
timbul di antara dua kaki orang yang berdiri di atas tanah atau
dalam pusat pembangkit (Power House), yang sedang dialiri oleh
arus kesalahan ke tanah, untuk jelasnya lihat pada Gambar 2.3
25
Gambar 2.3. Tegangan langkah dekat peralatan yang
diketanahkan(T.S. Hutauruk, 1999)
Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah
1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalarn keadaan tidak
memakai sepatu.
Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan
tegangan langkah sebagai berikut :
Eℓ = (Rk + 2Rf ).Ik (2.6)
= ( 1000+ 6 ps)x 0,116 / √t
Eℓ = Volt
Dengan :
Eℓ = tegangan langkah ( Volt )
Rk = tahanan badan orang ( Ohm ) = 1000 Ohm.
Rf = tahanan kontak ke tanah dari sate kaki ( Ohm )= 3 ps
t = waktu kejut ( detik )
ρs = tahanan jenis tanah di sekitar permukaan ( Ohm-meter )
26
= 3000 Ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi
koral 10 cm.
Tabel 2.3. Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan
Lama gangguan t (detik) Tegangan langkah yang diizinkan (Volt)
0,1 7000
0,2 4950
0,3 4040
0,4 3500
0,5 3140
1,0 2216
2,0 1560
3,0 1280
Sumber : IEEE Std 80-1986
c. Tegangan pindah
Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh,
yaitu suatu tegangan pindah yang terjadi atau timbul bila pada saat
terjadi kesalahan orang berdiri di dalam pusat pembangkit ( Power
House ) dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik
jauh sedangkan alat tersebut dialiri oleh arus kesalahan ke tanah.
27
Gambar 2.4. Tegangan pindah dengan rangkaian penggantinya (T. S.
Hutauruk, 1999)
Dari Gambar 2.4 terlihat bahwa orang akan merasakan
tegangan yang lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan sentuh
seperti pada gambar 2.2. Tegangan pindah akan sama dengan
tegangan pada tahanan kontak pentanahan total. Tegangan pindah
itu sulit untuk dibatasi, tetapi biasanva konduktor-konduktor
telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi. Dari
Gambar 2. 4. diperoleh persamaan :
Epindah = I . Ro, dengan anggapan Ik ≤ sebab,
RK ≤ Ro di mana Ro + ( Ohm ) (2.7)
Dengan :
r = jari-jari ekivalen dari luas pusat pembangkit.
L = panjang total dari konduktor pentanahan dan elektroda batang.
28
Perlu juga diketahui untuk waktu tertentu dari ants gangguan
lamanya dalam detik, maka tegangan pindah yang diizinkan adalah sama
dengan tegangan sentuh.
4. Arus melalui tubuh manusia
Kemampuan tubuh manusia terbatas terhadap besarnya arus
yang mengalir di dalamnya. Tetapi berapa besar dan lamanya arus yang
masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampat Batas yang belurn
membahayakan sukar ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki
oleh para ahli dengan bebagai macam percobaan baik terhadap tubuh
manusia dan binatang, tetapi para ahli menghasilkan batas-batas
besarnya arus dan pengaruhnya terhadap manusia yang berbadan
sehat.
Adapun batas-batas arus tersebut dibagi dalam 4 tahap, yaitu
sebagai berikut :
a. Arus persepsi
Bila orang memegang konduktor yang diberi tegangan mulai dari
harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui
tubuh orang tersebut akan memberi pengaruh. Mula-mula akan
meransang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak
berbahaya, bila dengan arus bolak-balik. Tetapi bila dengan arus searah
akan terasa paras pada telapak tangan.
29
Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1933 telah
dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan
didapat arus rata-rata yang disebut 'threshold of Perception Current
sebagai berikut (T.S. Hutauruk, 1999) :
Untuk laki-laki : 1,1 mA.
Untuk perempuan : 0,7 mA
Nilai tersebut dipengaruhi oleh kondisi badan setiap orang dan
kemampuan tubuh orang tersebut dalam menahan arus yang mengalir
dalam tubuhnya. Perbedaan ini terjadi karena kemapuan laki-laki dalam
menahan arus dalam tubuh lebih besar dari perempuan.
b. Arus mempengaruhi otot
Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus
persepsi dinaikkan lagi, maka orang akan merasakan sakit dan kalau
terus dinaikkan lagi maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut
tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya itu.
Di University of California Medical School telah dilakukan
penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan
diperoleh angka rata-rata dari arus listrik yang mempengaruhi otot
sebagai berikut:
Untuk laki-laki : 16 mA.
Untuk perempuan : 10,5 mA.
30
Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus
maksimal, yaitu orang masih dapat dengan segera melepaskan
konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut:
Untuk laki-laki : 9 mA.
Untuk perempuan : 6 mA
c. Arus fibrilasi
Apabila arus listrik yang mengalir melewati tubuh manusia
lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan
orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus
listrik tersebut mempengaruhi jantung yang disebut Ventricular
fibrillation, yang menyebabkan jantung berhenti bekerja dan peredaran
darah tidak jalan dan akibatnya orang segera akan mati. Percobaan ini
pernah dilakukan oleh Dalziel pada tahun 1968 pada University of
California, dengan rnenggunakan binatang yang mempunyai badan dan
jantung kira-kira sama dengan manusia. Dari percobaan tersebut
Dalziel menarik kesimpulan bahwa 99,5 % dari semua orang yang
beratnya iebih kurang 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus
listrik dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :
atau (2.8)
K = 0,0135 untuk manusia dengan berat badan 50 kg.
= 0,0246 untuk manusia dengan berat badan 70 kg.
31
Maka :
k 50 = 0,116 Amper.
k 70 = 0,157 Amper
Jadi : Ik2 . t = 0,0135 untuk berat badan 50 kg
Ik = (Ampere ) (2.9)
Dengan :
Ik = besarnya arus listrik yang lewat tubuh manusia ( Ampere )
t = lama ( waktu ) arus listrik lewat tubuh manusia atau
lamanya gangguan tanah ( detik )
d. Arus reaksi
Arus reaksi adalah arus listrik terkecil yang dapat mengakibatkan
orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat
mengakibatkan kecelakaan samping. Karena terkejut orang dapat jatuh dari
tempat berdiri, atau jatuh pingsan hingga terjadi kecelakaan yang fatal.
Pada Tabel 2.4, yang dapat dilihat pada batas-batas arus listrik dan
pengaruh pada manusia yang merupakan penyelidik terinci dikemukakan
oleh DR. Hans Prinz.
5. Tahanan tubuh manusia
Tahanan badan manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai
dengan 100.000 Ohm tergantung pada tegangan, keadaan kulit pada
tempat kontak, dan jalannya arus listrik dalam tubuh. Kulit yang terdiri atas
32
bahan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan
tinggi kulit yang menyentah konduktor langsung terbakar jadi tahanan
Wit tidak berarti apa-apa. Jadi hanya tahanan tubuh yang dapat
membatasi tubuh (T.S. Hutauruk, 1999)
Penyelidikan dan penelitian tahanan tubuh manusia yang
diperoleh dan beberapa orang ahli adalah seperti pada Tabel 2.5.
Tabel 2.4. Batas –batas arus dan pengaruhnya pada manusia
Besar arus Pengaruh pada tubuh manusia
0 - 0,9 mA Belum dirasakan pengaruhnya, tidak timbul reaksi apa-apa
0,9 - 1,2 mA Baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan akibat
kejang, kontraksi atau hilang control
1,2 - 1,6 mA Mulai terasa seakan-akan ada yang merayap di dalam kesemutan
1,6 - 6,0 mA Tangan sampai kesiku merasa kesemutan
6,0 - 8,0 mA Tangan mulai kaku rasa kesemutan makin tambah
13 – 15,0 mA Rasa sakit yang tidak tertahankan, konduktor masih dapat
melepaskan dengan gaya yang besar sekali
15,0 – 20,0 mA Otot tidak sanggup lagi melepaskan konduktor
20,0 – 50,0 mA Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia
50,0 – 100,0 mA Batas arus listrik yang dapat menyebabkan kematian
33
Tabel 2.5 Tahanan Tubuh Manusia
Peneliti Tahanan
(Ohm)
Dengan
Dalziel 500 Dengan tegangan ( 60 cps )
AIEE.Committee
Report 1958
2330 Dengan tegangan 21 Volt tangan ke
tangan
1130 tangan ke kaki
1680 tangan ke tangan dengan arus searah
800 tangan ke kaki
Laurent 3000 -
Berdasarkan hasil penelitian di atas sebagai pendekatan diambil
harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.
6. Resistansjenis tanah dan resistans pentanahan serta electrode bumi
1. Tahanan Pentanahan
Pentanahan yang ideal harus memberikan nilai tahanan
pentanahan mendekati nol atau ≤ 1 ohm untuk gardu induk bertegangan
tinggi (ANSI/IEEE Std 80 – 2000). Sebagai perkiraan pertama, sebuah
nilai minimum dari tahanan pentanahan gardu induk pada tanah yang
34
seragam (uniform) untuk lapisan pertama (permukaan tanah) saja dapat
dihitung dengan persamaan :
(2.10)
Dengan :
Rg = Tahanan pentanahan gardu induk (Ω)
A = luas area pentanahan grid ( m2)
ρ = Tahanan jenis tanah (Ω-m)
Kemudian, pada lapisan kedua dengan adanya gabungan antara
grid dan batang rod untuk tanah yang seragam, jumlah konduktor grid dan
konduktor batang rod yang ditanam pada kedalaman tertentu sehingga
diperoleh persamaan seperti dibawah ini (Laurent, P.G., 1951 dan
Nieman, J, 1952) :
(2.11)
Dengan
LT = total dari panjang konduktor yang tertanam ( m )
Menurut Sverak, selanjutnya dari persamaan 2.11 dimasukkan nilai
pada efek kedalaman grid.
(2.12)
Dengan
h = kedalaman penanaman konduktor (m).
35
Menurut Schwarz Kaitan yang dapat diikuti pada persamaan dalam
menentukan tahanan total pentanahan yang tanahnya homogen yang
terdiri dari grid horizontal dan konduktor rod vertikal. Persamaan schwarz
dapat dilanjutkan untuk mengetahui tahanan kawat konduktor pentanahan
disebut R1, pada tahanan pentanahan grid keseluruhan disebut R2, Rm
merupakan tahanan diantara kumpulan konduktor grid dan kumpulan
pentanahan rod – rod sedangkan Rg merupakan tahanan pentanahan
dapat dilihat pada persamaan berikut: .
(2.13)
dengan
(2.14)
(2.15)
(2.16)
ρ = Tahanan jenis tanah dalam satuan (Ω. m)
L1 = Total Panjang konduktor keseluruhan grid yang terhubung
dalam satuan meter (m)
L2 = Panjang rata-rata dari rod pentanahan dalam satuan meter (m)
h = ke dalaman grid dalam satuan meter (m)
h’ = untuk kedalaman konduktor dalam satuan (m)
A = area lokasi pentanahan dalam m2.
n = jumlah rod yang ditempatkan dalam daerah A
36
k1, k2 = Koefisien konstanta
untuk k1= 1.23 dan k2 = 6.175 (ANSI/IEEE std. 80, 1986)
2. Tahanan Jenis Tanah
Faktor keseimbangan antara tahanan pentanahan dan kapasitansi
disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ.
Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah
sama.
Besar tahanan pentanahan pada sistem pentanahan ditentukan oleh
tahanan jenis tanah. Jadi pada suatu perencanaan sistem pentanahan,
harus dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat
tersebut. Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut, maka
selanjutnya dibuat perencanaan sistem pentanahannya.
Nilai resistans jenis tanah ( tahanan jenis tanah ) pada daerah
kedalaman yang terbatas tergantung pada beberapa faktor yaitu :
1. Jenis tanah (tanah liat, berpasir, berbatu dan lain-lain ).
2. Lapisan tanah ( berlapi-lapis dengan tahanan jenis
berlainan atau uniform ).
3. Kelembaban tanah
4. Tempetatur.
Nilai resistans jenis tanah sangat berbeda-beda bergantung
pada jenis tanah seperti ditunjukkan dalam PUIL 2000 halaman 80,
dan merupakan nilai tifikal dari resistans jenis tanah.
37
Tabel 2. 6. Resistans jenis tanah
1 2 3 4 5 6 7
Jenis tanah Tanah
rawa
Tanah
liat &
tanah
ladang
Pasir
basah
Kerikil
basah
Pasar
dan
kerikil
kering
Tanah
berbatu
Resistans
jenis (Ω-m)
30 100 200 500 1000 3000
PUIL 200, hal. 80.
Sesuai dengan PUIL 2000, yaitu resistans pentanahan dan
elektrode bumi tergantung pada jenis dan keadaan tanah serta pada
ukuran dan susunan elektrode, sehingga resistans pentanahan suatu
elektode harus dapat diukur. Untuk keperluan tersebut konduktor yang
menghubungkan setiap elektrode bumi atau susunan elektrode bumi
harus dilengkapi dengan hubungan yang dapat dilepaskan. Dalam
PUIL 2000. halaman 81 menunjukkan nilai rata-rata resistans elektrode
bumi untuk ukuran rnimimum elektrode dan juga dijelaskan pada
halaman 82.
38
Tabel 2.7 Jenis dan resistansi Elektroda
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Jenis elektrode Pita atau Konduktor
pilin
Batang atau pipa Pelat vertical dengan
sisi atas ± 1 m dibawah
permukaan tanah
Panjang (m) Panjang (m) Panjang (m)
10 25 50 100 1 2 3 5 0,5x1 1x1
Resistans
pentanahan (Ω)20 10 5 3 70 40 30 20 35 25
Sumber : PUIL 2000. hal.81.
Sebagai catatan jika tahanan tanah sangat korosif atau jika
digunakan elektrode baja yang tidak digalvanisasi, dianjurkan untuk
menggunakan luas penampang atau tetal sekurang-kurangnya 150 %
(PUIL 2000).
Pengaruli kelembaban lapisan tanah terhadap resistans pentanahan
agar diperhatikan. Panjang elektrode bumi agar disesuaikan dengan
resistans pentanahan yang dibutuhkan. Resistans pentanahan elektrode
pita sebagian besar tegantung pada panjang elektrode tersebut dan sedikit
tergantung pada luas penampangnya. Untuk memperoleh resistans
pentanahan yang sama, elektrode pelat memerlukan bahan yang lebih
banyak jika dibandingkan dengan elektrode pita atau batang.
39
Metode Pengukuran Tahanan Jenis Tanah
Pengukuran tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan cara:
1. Metode tiga titik (three-point methode).
Metode tiga titik (three-point methode) dimaksudkan untuk
mengukur tahanan pentanahan. Misalkan tiga buah batang pentanahan
dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2
dan 3 sebagai batang pengentanahan pembantu yang juga belum
diketahui tahanannya, seperti pada 2.5.
Gambar 2.5 Rangkaian pengukuran tahanan jenis tanah dengan metode
tiga titik
Bila tahanan diantara tiap-tiap batang pengetanahan diukur dengan
arus konstan, tiap pengukuran dapat ditulis sebagai berikut :
40
tetapi
Jadi
Dan
Keterangan :
R11 = tahanan elektrode 1 dalam Ohm
R22 = tahanan etektrode 2 dalam Ohm
R33 = tahanan elektrode 3 dalam Ohm
R12 = tahanan kontak elektrode 1 dengan 2 dalam Ohm
R13 = tahanan kontak elektrode 1 dengan 3 dalam Ohm
R23 = tahanan kontak elektrode 2 dengan 3 dalam Ohm
R1-2 = tahanan tanah antara elektrode 1 dengan 2 dalam Ohm
R1-3 = tahanan tanah antara elektrode 1 dengan 3 dalam Ohm
R2-3 = tahanan tanah antara elektrode 2 dengan 3 dalam Ohm
Tahanan batang pengetanahan dari elektroda 1 dapat dibuat:
(2.17)
41
Keadaan ini dapat diperoleh dengan mengatur posisi elektrode 2
sehingga harga persamaan (2.17) dapat dipenuhi.
Dengan demikian maka tahanan jenis tanah dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan (15 ) dan dapat ditulis sebagai:
(2.18)
Keterangan :
= tahanan jenis rata-rata tanah ( Ohm-meter ).
a = jarak antara batang elektrode yang terdekat ( meter).
R = besar tahanan yang terukur ( Ohm )
2. Metode empat titik (four electode methode)
Metoda pengukuran yang dipergunakan adalah metoda empat titik
seperti pada gambar 2.6
Gambar 2.6 Rangkaian pengukuran tahanan jenis tanahdengan metode empat titik
Bila arus I masuk ke dalam tanah melalui salah satu elektroda dan
kembali ke elektroda yang lain sehingga pengaruh diameter konduktor
dapat diabaikan. Arus masuk ke tanah mengalir secara radial dari
42
elektroda, misalkan arah arus dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2
berbentuk permukaan bola dengan jari-jari r , luas permukaan tersebut
adalah 2ρr2 , dan rapat arus adalah
dengan:
J = kerapatan arus (A/m2)
r = jari-jari (m)
I = arus yang mengalir dalam tanah (A)
Jika adalah tahanan jenis tanah, maka medan dalam tanah pada
arah radial dengan jarak r adalah
dalam V/m
Jadi
Potensial pada jarak r dari elektrode adalah integral dari dava listrik
dari jarak r ke titik tak terhingga :
V = (2.19)
Perbandingan antara tegangan dan arus atau hambatan menjadi :
R = (2.20)
Dari Gambar 2.6. terlihat, r13 = r34 = r24 = a
Jadi :
43
v3 = [ - ] (2.21)
Dan
v4 = [ - ]
Beda tegangan antara titik 3 dan 4 adalah :
V34 = [ - - ]=
R34 = =
ρ= R34 ( Ohm- meter ) (2.22)
Bila a dalam meter dan R dalam Ohm maka hambatan jenis
dalam Ohmmeter. Dengan alat ukur yang dibuat khusus untuk ini yang
terdiri dari generator yang diputar tangan dan Ohm-meter, dapat
membaca langsung hambatan antara elektrode arus dan elektrode
tegangan.
7. Konduktor bumi
Sesuai dengan PUIL 2000 bagian 3.19.2.1.berdasarkan kekuatan
mekanis, Iuas penampang minimum penghatar bumi harus sebagai
berikut :
a. Untuk konduktor yang terlindung kokoh secara mekanis, 1,5
mm2 tembaga atau 2,5 mm2 aluminium.
b. Konduktor yang tidak terlindung kokoh secara mekanis 4 mm2
tembaga atau pita baja yang tebalnya 2,5 mm dan luas
penampangnya 50 mm2.
44
Sesuai dengan PUIL 2000, konduktor aluminium tanpa perlindung
mekanis tidak diperkenankan dipakai sebagai pengilantar bumi dan
harus diberi tanda sesuai dengan warnanya, untuk warna loreng hijau-
kuning hanya boleh digunakan untuk k o n d u k t o r k o n d u k t o r
p e n g a m a n , d a n k o n d u k t o r y a n g menghubungkan ikatan
penyama potensial ke bumi. Sedangkan pada konduktor bumi harus
dipasang sambungan yang dapat dilepas untuk keperluan pengujian
resistans pentanahan, pada tempat yang mudah dicapai dan sedapat
mungkin memanfaatkan sambungan yang karena susunan
instalasinya memang harus ada, harus kuat secara mekanis dan
menjamin hubungan listrik dengan balk, misalnya dengan
menggunakan las, klem, atau baut kunci yang tidak mudah lepas.
45
Tabel 2.8. Ukuran minimum elektrode bumi
No Beban
jenis
elektrode
1 2 3
Baja digalvanisasi
dengan proses
pentanahan
Baja berlapis
tembaga
Tembaga
1 Elektode
pita
Pita baja 100 mm2
setebal min 3 mm2
Konduktor pilin 95
mm2 (bukan kawat
halus).
50mm2 Pita baja 50 mm2
setebal min 2
mm2
Konduktor pilin
35 mm2 (bukan
kawat halus).
2 Elektrode
batang
Pipa baja 25 mm2
Baja profil (mm)
L 65X65X7
U 6,5
T 6X50X3
Batang profil lain
yang setaraf
Baja
berdiameter
15 mm
dilapisi
tembaga
setebal 250
μm
3 Elektrode
pelat
Pelat besi tebal 3
mm luas 0,5 m2
sampai 1 m2
Pelat tembaga
tebal 2 mm luas
0,5 m2 sampai 1 m2
PUIL 2000 hal.81.
Klem pada electrode pipa harus menggunakan baut dengan
diameter minimal 10 mm. Sambungan dalam tanah harus dilindungi
terhadap korosi, sedangkan sambungan dan hubungan antara
konduktor bumi utama, konduktor bumi, dan semua cabangnya satu
sama lain harus dilaksanakan sedemikian rupa sehingga
46
terjaminlah hubungan listrik yang baik, dapat diandalkan dan tahan
lama. Sebagai catatan bahwa sambungan dan hubungan yang
dibolehkan adalah sambungan dan hubungan yang menggunakan las,
baut, klem dan juga smbungan selonsong jika menggunakan
konduktor pilin. Sambungan dan hubungan dengan baut hams
dilindungi dari kemungkinan terjadinya korosi.
Dalam standar ANSI/IEEE std. 80, 1986 tentang grounding ac
substation, besarnya tahanan pentanahan, tegangan sentuh dan
tegangan langkah dihitung berdasarkan:
1. Sistem pentanahan seperti tanah disekitar gardu induk dan nilai
resistansinya
2. Kedalaman elektroda batang.
3. Diamter elektroda pentanahan.
Berikut ini tahapan penelitian dalam menganalisis sistem
pentanahan gardu induk Maros adalah
a. Menghitung luas area pentanahan
b. Menghitung besarnya tahanan pentanahan dengan
pendekatan Sverak dan Schwarz
c. Menghitung besarnya arus fibrasi yang lewat pada tubuh
manusia saat terjadi gangguan tanah
d. Menghitung tegangan langkah dan tegangan sentuh pada
manusia yang berada dalam gardu induk saat terjadi
gangguan hubung singkat.
47
e. Menghitung tahanan pentanahan, tegangan sentuh dan
tegangan langkah berdasarkan standar IEEE
f. Evaluasi hasil perhitungan dengan membandingkan nilai
yang izinkan dalam Standar PUIL 2000
Dengan menggunakan prosedur langkah demi langkah (step by step),
evaluasi rancangan dapat dilakukan sebagai berikut.
Langkah ke 1: Data Lokasi GI
Lokasi Gardu induk merupakan patokan dalam menghitung
besarnya tahanan tanah, tahanan jenis tanah, jumlah batang elektroda,
dan panjang konduktor yang akan digunkana. Nilai tahanan jenis tanah
untuk GI Maros adalah100 Ω-m berdasarkan pada pengukuran tahanan
jenis tanah di lokasi gardu induk Maros (Lampiran 2)
Langkah ke 2: Ukuran Konduktor
Untuk daerah gardu induk dengan tanahnya yang seragam
(uniform) maka arus gangguan tanah simetri If ≈ 3I0 sehingga I0 dihitung
dengan Persamaan
I0 =)()(3 021021 XXXjRRRR
E
f (2.23)
Dengan
Io = arus gangguan (rms) tanah (Ampere)
E = tegangan fasa pada sistem (kV)
48
Z1 = R1+jX1, = impedansi transformasi urutan positif (ohm)
Z2 = R2+jX2, = impedansi transformasi urutan negatif (ohm)
Z0 = R0+jX0, = impedansi transformasi urutan nol (ohm)
Rf = tahanan minimum saat terjadi gangguan, umumnya = 0 (ohm)
Material konduktor sistem pentanahan yang ada berdasarkan
standar ANSI/IEEE std. 80, 1986 seperti pada lampiran 3. Dengan
demikian maka ukuran konduktor dai hitung dengan persamaan : :
(2.24)
Dengan :
A = luas penampang atau ukuran konduktor dalam mm2
tc = lama gangguan dalam detik
= koefisien termal dari tahanan jenis kawat pada temperature
dasar dalam 0C
= tahanan jenis dari konduktor pentanahan pada temperature dasar
dalam
, hal ini tergantung pada jenis konduktor yang digunakan
(ANSI/IEEE std. 80, 1986)
Ta = temperature dalam 0C
49
Tm = Temperatur maksimum dalam 0C
TCAP = thermal capacity factor dalam J/cm3/0C
Langkah ke 3: Kriteria tegangan sentuh dan langkah
Dalam menentukan criteria tegangan sentuh dan tegangan langkah
maka dibutuhkan hal-hal lain yang berhubungan dengan tegangan
tersebut seperti:
a. Ketebalan lapisan koral dalam meter
b. Tahanan jenis koral dalam Ω-m
c. Faktor refleksi (K) yang dihitung dengan menggunakan
persamaan :
K =s
s
(2.25)
Dengan
= tahanan jenis tanah dalam Ω-m
= tahanan jenis koral dalam Ω-m
d. faktor reduksi yang dihitung dengan pendekatan dengan
menggunakan Persamaan berikut.
50
Cs = 1 -09,02
109,0
s
s
h
(2.26)
Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)
hs = kedalaman konduktor pentanahan dalam meter
Dengan menggunakan empat hal tersebut di atas dan didasarkan pada
berat badan rata-rata orang maka tegangan langkah dan tegangan
sentuh yang diizinkan dapat dihitung sebagai berikut.
Tegangan langkah yang diizinkan
s
sslt
CE157,0
)61000(70 (2.27)
Dengan:
= tahanan jenis koral dalam Ω-m
Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)
st
157,0= arus fibrasi untuk berat badan 70 kg
ts = lamanya gangguan dalam detik
El70 = tegangan langkah dalam volt
El50 = (1000 + 6Csρs)st
116,0(2.28)
Dengan:
51
= tahanan jenis koral dalam Ω-m
Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)
st
116,0= arus fibrasi untuk berat badan 50 kg
El50 = tegangan langkah dalam volt
Tegangan sentuh yang diizinkan:
Es70 = (1000 + 1,5Csρs)st
157,0(2.29)
Dengan:
= tahanan jenis koral dalam Ω-m
Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)
st
157,0= arus fibrasi untuk berat badan 70 kg
ts = lamanya gangguan dalam detik
Es70 = tegangan sentuh dalam volt
Es50 = (1000 + 1,5Csρs)st
116,0(2.30)
dengan
52
= tahanan jenis koral dalam Ω-m
Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)
st
116,0= arus fibrasi untuk berat badan 50 kg
Es50 = tegangan sentuh dalam volt
Langkah ke 4: Evaluasi Rancangan sistem penatanahan
Sebelum merancang suatu sistem pentahanan maka dibutuhkan
suatu tata letak dari grid (ukuran) dengan jarak konduktor (D) dan
kedalaman penanaman grid, (h) sehingga panjang total konduktor yang
ditanam dapat dihitung.
Langkah ke 5: Menentukan tahanan grid
Tahanan grid dari sistem pentanahan dihitung dengan persamaan
seperti diuraikan pada persamaan 2.12 sampai persamaan 2.16.
Rg = ρ
AhALT /201
11
20
11(2.31)
Dengan
Rg = resistansi grid sistem pentanahan dalam Ohm
ρ = Tahanan jenis tanah dalam satuan (Ω. m)
LT = Total panjang konduktor keseluruhan grid yang terhubung
dalam satuan meter (m)
53
h = ke dalaman grid dalam satuan meter (m)
A = area lokasi pentanahan dalam m2.
Langkah ke 6:Arus grid maksimum
Arus grid maksimum adalah arus terbesar yang mengalir pada
rangkaian pembumian grid saat terjadi gangguan fasa ke tanah, yang
dipengaruhi oleh 2 (dua) hal yaitu:
a. Decrement factor (Df)
b. Lamanya waktu gangguan (tf)
Dengan demikian maka besarnya arus grid maksumim (IG) dihitung
dengan persamaan berikut:
Jadi
(2.32)
dengan
IG = arus grid maksimum dalam Ampere
54
Sf = factor pembagi arus gangguan, umumnya = 0.7 untuk gardu
induk yang berkawat tanah
I0= arus gangguan urutan nol dalam ampere
If = nilai rms dari arus gangguan tanah dalam Ampere
Ig = arus grid simetris dalam ampere
Langkah ke 7: Kenaikan potensial tanah (GPR)
Kenaikan tegangan tanah adalah maksimum tegangan listrik pada
pembumian gardu induk grid yang mungkin ada relatif terhadap jarak nilai
pembumian diasumsikan seperti tegangan pada pembumian. Hal ini dapat
dihitung dengan persamaan:
(2.33)
Dengan
GPR = ground potential rise dalam volt
Ig = arus grid simetris dalam ampere
Rg = tahanan pentanhan grid dalam ohm
Langkah ke 8: Tegangan mesh
Tegangan mesh merupakan salah satu bentuk tegangan sentuh.
Tegangan mesh didefinisikan sebagai tegangan peralatan yang dibumikan
terhadap tengah – tengah daerah yang dibentuk konduktor kisi – kisi
selama gangguan tanah.
55
Tegangan mesh ini menyatakan tegangan tertinggi yang mungkin
timbul sebagai tegangan sentuh yang dapat dijumpai dalam sistem
pembumian gardu induk. Nilai tegangan mesh tergantung pada faktor
geomterik, Km; Faktor Koreksi Ki, Tahanan tanah ρdan rata – rata arus
per unit dengan panjang sistem pembumian penghantar (IG/LM) dapat
dilihat pada persamaan berikut.
Em =M
Gim
L
IKK(2.34)
dengan
12(
8ln.
.4..8
)2(
..16ln
2
1 22
nK
K
d
h
dD
hD
dh
DK
h
iim
Kii =nn /2).2(
1
Kh =oh
h1
Ki = 0,644 + 0,148 n (ANSI/IEEE std. 80, 1986)
n = na.nb.nc.nd
na =p
C
L
L.2
Untuk grid bujur sangkar atau persegi berlaku: nb = nc = nd = 1
Ki = factor koreksi tegangan mesh untuk nilai pertambahan arus pada
grid
Km = factor geometric tegangan mesh
56
Lc = panjang konduktor horizontal dalam meter
Lp = panjang konduktor vertical dalam meter
Kh = factor grid acuan (sebagai referensi kedalaman grid)
LM = panjang konduktor pentanahan dalam meter
h = kedalaman konduktor
D = jarak elektroda dalam meter
d = diameter konduktor pentanahan dalam meter
N = jumlah batang elektroda
Sedangkan Tegangan Langkah maksimum diperkirakan terjadi lebih
dari jarak 1 m, mulai dan memperluas luar konduktor permeter pada sudut
yang membagi dua sudut yang paling ekstrim dari grid. Dengan demikian
maka tegangan langkah dapat dihitung dengan persamaan:
pC
isGl
LL
KKIE
.85.0..75.0
...
(2.35)
Untuk kedalaman biasa dari 0,25 m <h <2,5 m (Sverak ) Ks adalah
Ks =
25.01
11
.2
11 n
DhDh
Ki = 0,644 + 0,148 n (ANSI/IEEE std. 80, 1986)
Lc = panjang konduktor horizontal dalam meter
Lp = panjang konduktor vertical dalam meter
Langkah ke 9: Perbandingan tegangan mesh dan tegangan sentuh
yang diizinkan
57
Apabila Tegangan mesh yang diperoleh lebih tinggi dari tegangan
sentuh yang diizinkan maka rancangan grid yang ada harus dimodifikasi
sampai diperoleh batas yang diizinkan lebih besar dari tegangan mesh
yang diperoleh.
Langkah ke 10: Perbandingan tegangan langkah dan tegangan
langkah yang diizinkan
Apabila Tegangan langkah yang diperoleh lebih tinggi dari
tegangan langkah yang diizinkan maka rancangan grid yang ada harus
dimodifikasi sampai diperoleh batas yang diizinkan lebih besar dari
tegangan mesh yang diperoleh.
D. Kerangka Pikir
58
Gambar 2.7 Kerangka Pikir Penelitian
BAB III
METODE PENELITIAN
A. Waktu dan Lokasi Penelitian
a. Waktu pelaksanaan penelitian ini enam ( 6 ) bulan dari Mei 2011
sampai dengan Desember 2011
b. Lokasi Penelitian : Gardu Induk Maros, Makassar
59
Lokasi penelitian ini dipilih sebagai objek penelitian karena
sebelumnya gardu ini memiliki tegangan kerja 70 kV dan setelah
jalur tengah terhubung dari gardu induk Sidrap ke gardu induk
Sungguminasa lewat gardu induk Maros maka tegangan kerjanya
dinaikkan dari 70 kV ke 150 kV. Dengan demikian maka sistem
pentanahan sebelumnya di upgrade untuk menyesuaikan arus
gangguan yang mungkin terjadi pada tegangan kerja yang sesuai.
B. Jenis Penelitian
Penelitian ini termasuk kategori studi literatur berdasarkan
analisis data-data sekunder yang diperoleh dari sumber data komponen
utama yang terdapat didalam lokasi Gardu Induk dan sistem
pentanahan
C. Metode Analisis
Metode analisis yang digunakan dalam penelitian ini adalah
metode Kualitatif dengan analisis data sekunder secara teoritis
sehingga diperoleh hasil perhitungan untuk mendapatkan nilai tahanan
pentanahan, menggunakan pendekatan Sverak dan metode Schawarz.
Selanjutnya dilakukan analisis tegangan langkah dan tegangan sentuh.
Hasilnya dibandingkan dengan hasil pengukuran. Selanjutnya
60
dievaluasi berdasarkan standar IEEE untuk sistem pentanahan yang
dipersyaratkan. Selanjutkan disimulasi menggunakan program ETAB.
D. Instrumen Penelitian
lnstrumen penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:
1. Hadware meliputi seperangkat komputer yang kompatibel, labtop.
2. Sofware meliputi Microsoft Excel, sebagai alat bantu perhitungan dan
Microsof Visio untuk alat bantu membuat diagram blok ataupun
diagram.
3. Parameter-parameter yang menjadi pedoman dalam analisis ini adalah
luas area pentanahan, panjang konduktor, panjang elektroda, jarak
antara elektroda, dan peralatan gardu induk yaitu transformator daya,
Disconnect Switch (DS), Busbur, PMT, Circuit Breaker (CB),
transformator arus dan tegangan peralatan-peralatan ini diasumsikan
bahwa rangka peralatan di tanahkan dan dikombinasikan dengan
rangka transformator daya dengan titik netralnya terhubung ke dalam
peralatan sistem pentanahan yang ada.
E. Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian yang dilakukan dalam menganalisis dan
mengevaluasi sistem pentanahan gardu induk Maros adalah:
a. Studi kepustakaan : mengumpulkan informasi mengenai sistem
pentanahan gardu induk, dan peralatan sistem pentanahan.
b. Studi lapangan
61
1. mengumpulkan data peralatan Gardu Induk , komponen yang
ditanahkan, data konduktor pentanahan, elektroda pentanahan
baik secara langsung maupun dengan wawancara
2. Pengukuran : memperoleh data hasil pengujian sistem
pentanahan gardu induk Maros yang ada
3. Rekapitulasi data, dengan cara merekapitulasi data yang
diperoleh selanjutnya digunakan untuk analisis data
c. Analisis Data : Data-data yang telah direkapitulasi kemudian
dianalisis sehingga diperoleh besarnya tahanan pentanahan,
tegangan langkah, tegangan sentuh
d. Evaluasi hasil : melakukan evaluasi hasil perhitungan dengan hasil
pengujian yang dilakukan oleh pihak terkait dan standar PUIL 2000
sehingga didapatkan aman atau tidak sistem pentanahan yang
terpasang terhadap gangguan yang terjadi
F. Diagram alir Penelitian
Berikut ini diagram alir penelitian yang dinyatakan dalam digran blok
seperti pada gambar 3.1.
62
Gambar 3.1 Diagram Alir penelitian
Keterangan diagram alir :
Blok I dibutuhkan data luas area, jenis tanah sehingga diperoleh tahanan
jenis tanah dan data hasil pengujian sistem pentanahan.
Blok II dilakukan perhitungan besarnya tahanan sistem pentanahan
menggunakan metode Swarcz dan Severak seperti dijelaskan pada bab II
persamaan 2.12 dan persamaan 2.13.
63
Blok III dilakukan analisis besarnya tegangan langkah dan tegangan
sentuh untuk berat badan 50 kg dan 70 kg seperti dijelaskan pada bab II
persamaan 2.4, persamaan 2.5, persamaan 2.6 dan persamaan 2.7
Blok IV dilakukan perhitungan tahanan Grid seperti dijelaskan pada bab II
persamaan 2.31
Blok V dilakukan analisis besarnya arus grid seperti dijelaskan pada bab II
persamaan 2.32
Blok VI dilakukan evaluasi hasil analisis secara analitik dengan standar
yang ada kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran
G. Metode Validasi
Setelah melakukan analisis data seperti diuraikan sebelumnya
selanjutnya dilakukan validasi data dengan cara membandingkan hasil
pengukuran di lapangan dengan hasil perhitungan., kemudian dilakukan
analisis dari kedua hasil tersebut, sehingga disimpulkan.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
64
E. ANALISIS HASIL PENELITIAN
1. Data hasil penelitian
Gambar 4.1 Ukuran lokasi Sistem Pengetahanan Gardu Induk
Maros
Berdasarkan gambar 4.1 dijelaskan bahwa ukuran lokasi gardu
induk Maros adalah 112 x 41 m, jadi luas area pentahanan adalah :
A = p x l
p = panjang (m)
l = lebar (m)
Jadi luas area Pentanahan gardu induk Maros adalah:
p = 112 m
65
l = 41 m
A = p x l
= 4592 m2
Berikut ini data-data peralatan pada Gardu Induk Maros yaitu:
1. Transformator daya dengan spesifikasi:
a. Rated power 18/30 MVA
b. Frequency 50 Hz
c. Temperature oil 50 0C – windings 550C
d. Coolong ONAN/ONAF
e. Voltage 150/20 kV
2. Busbar
3. Current Transformer (CT)
4. Potential Transformer (PT)
5. Disconnect Switch (DS)
Peralatan tersebut lebih lengkapnya dapat dilihat pada lampiran 5.
Pada gambar 4.2 menunjukkan peta lokasi gardu induk Maros
yang didown load lewat geogle earth. Hal ini terlihat bahwa lokasi
gardu induk berada dekat dengan jalur transportasi dari Makassar
menuju Maros.
66
Gambar 4.2 Peta Lokasi Gardu Induk Maros yang akses lewat
Google Erath
Dari gambar 4.1 di atas maka model pentanahan grid yang ada
digambarkan pada gambar 4.3. Ukuran grid adalah 7x 6.84 m yang
terhubung, dengan elektroda pentanahan sebanyak 18 buah seperti
pada gambar berikut:
28 m 28 m 28 m 28 m
7 m
6.8
6m
ElektrodaKisi-kisi
6.8
4m
7 m
Gambar 4.3 Bentuk jala-jala dari sistem pentanahan (mesh
grounding) dengan elektroda
67
Pada gambar 4.3 menunjukkan bahwa pada sudut kiri bawah
terdapat transformator daya sehingga perlu diamankan dengan
memasang 8 buah elektroda. Jarak antara elektroda parallel atau
vertical adalah 28 meter dan horizontal atau melintang adalah 20.52
meter. Hal ini menunjukkan bahwa semua peralatan yang ada dalam
gardu induk terhubung secara langsung dengan peralatan
pentanahan yang ada.
Sistem pentanahan peralatan gardu induk yang umum
digunakan saat ini adalah sistem pentanahan Driven Rod,
Counterpoise, menggunakan kisi (Grid) dan gabungan antara sistem
pentanahan Grid dan Rod. Ketiga model sistem pentanahan ini
sistem Grid-Rod paling sering digunakan untuk Gardu Induk
Tegangan Tinggi 150 kV. Untuk pembangunan gardu induk yang
baru dibutuhkan disain yang baru pula. Disain dilakukan dengan
membuat kombinasi antara jumlah mesh dan rod-nya, kedalaman
penanaman konduktor dengan mempertimbangkan nilai dari tahanan
jenis tanah, pengaruh tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis
tanah yang berbeda dengan kedalaman yang sama serta dimensi
area pentanahan yang akan digunakan sehingga menghasilkan nilai
tahanan pentanahan (R), tegangan sentuh (Em) dan tegangan
langkah (Es) yang lebih baik dan lebih aman (Henry B.H. Sitorus,
2008).
68
Sistem Jala-jala yang dikenal juga dengan istilah grid adalah
suatu model sistem pentanahan yang berbentuk jala-jala dengan
ukuran yang beragam seperti segi empat atau bujur sangkar dan
ditanam dalam tanah pada kedalaman tertentu dan terhubung
dengan peralatan gardu induk dan juga terhubung dengan rod
(elektroda)
Sistem pentahanan gardu induk Maros seperti gambar 4.3
terlihat bahwa model pentanahan peralatan yang digunakan adalah
gabungan antara grid dan rod. Hal ini disebabkan oleh area
pentanahan yang luas dan jumlah peralatan yang ditanahkan cukup
banyak, sehingga membutuhkan pengamanan arus gangguan yang
baik seperti tahanan pentahanan yang lebih kecil dari 1 (satu) ohm.
Dengan demikian bila terjadi gangguan pada peralatan maka arus
gangguan masuk ke dalam tanah melalui konduktor yang terhubung
ke peralatan pentahanan. Karena konduktor tersebut terhubung
dengan konduktor pentanahan yang berbentuk grid dan elektroda
(rod) maka penyebaran arus gangguan lebih cepat sehingga
gangguan cepat terisolir.
69
Tabel 4.1 Data hasil pengujian sistem pentanahan
Gardu Induk Maros
Sumber : PT. PLN (Persero) Gardu Induk 150 kV Maros
Vstep
50 kg 1109.6 V
70 kg 1501.8 V
Vtouch
50 kg 3338.1 V
70 kg 4517.9 V
Arus hubung singkat 10 kA
Waktu terjadi gangguan 0.1 Detik
Tahanan terukur
Pendekatan Sverak 0.7129 Ohm
Formula Schwarz 0.5025 Ohm
Berdasarkan tabel 4.1 menunjukkan bahwa hasil pengujian
peralatan pentanahan dilakukan untuk mengetahui besarnya tahanan
pentanahan, tegangan sentuh dan tegangan langkah. Besarnya arus
pengujian adalah 10 kA dengan waktu gangguan 0.1 detik.
Pada tabel 4.2, menunjukkan bahwa panjang total dari
konduktor pentahanan termasuk konduktor yang terhubung ke
peralatan dan panjang elektoda adalah 2215 m. sedangkan panjang
konduktor grid dari sistem pentanahan adalah 1481 m
70
Tabel 4.2 Daftar material yang yang terhubung ke peralatan
pentanahan
Volume material Grounding Grid GI 150 kV Maros
No Uraian Jumlah Satuan Keterangan
A Grid
BC 150 mm2 untuk Ground Grid 1481 m1 trafo bay dan 4 unit linebay
B Line Bay
BC 150 mm2 untuk LA 60 m Dari base isolator LA-rod
BC 150 mm2 untuk CVT 84 m
BC 150 mm2 untuk DS/E 84 m
BC 150 mm2 untuk CT 84 m dari base isolator CT Grid
BC 150 mm2 untuk CB 120 m
BC 150 mm2 untuk DS B1 84 m
BC 150 mm2 untuk DS B2 84 m
C Trafo Bay
BC 150 mm2 untuk LA 15 m Dari base isolator LA-rod
BC 150 mm2 untuk CT 21 m dari base isolator CT Grid
BC 150 mm2 untuk CB 30 m dari Box ke grid
BC 150 mm2 untuk DS B1 21 m
BC 150 mm2 untuk DS B2 21 m
BC 150 mm2 untuk Trafo 20 m
BC 150 mm2 dari Grid ke rodUjung, tengah 6 m kecuali LA + Trafo +NGR
Total length 2215 mSumber : PT. PLN (Persero) Gardu Induk 150 kV Maros
Selain itu data-data lain yang akan digunakan dalam penelitian
ini adalah:
Diameter konduktor (d) = 14.05 mm = 0.01405 m
Jenis dan penampang konduktor (Ak) adalah Cu 120 mm2
Jarak antara konduktor dengan konduktor vertical (D) =
6.8571429 m
Jarak antara konduktor dengan konduktor horizontal (D) = 7 m
Kedalam konduktor (h) = 0.7 m
71
Panjang konduktor pentanahan (L) = 1481 m
Panjang total konduktor pentanahan (LT) = 2215 m
Dari data hasil penelitian di atas selanjutnya digunakan untuk
menganalisi data sesuai dengan tujuan penelitian ini yaitu
mengevaluasi sistem pembumian pada gardu induk 150 kV Maros.
Berdasarkan data yang diperoleh dalam penelitian seperti
diuraikan di atas maka analisis dilakukan dengan cara:
a. Analitik yaitu menghitung nilai tahanan pentanahan,
tegangan sentuh dan tegangan langkah berdasarkan nilai
sebenarnya yaitu nilai berdasarkan data lapangan atau
survei
b. Evaluasi hasil analitik dengan data hasil pengukuran serta
hasil simulasi dengan nilai standar yang berlaku.
2. Perhitungan secara analitik
Data-data yang digunakan dalam menganalisis sistem pembumian
berdasarkan data lapangan adalah:
Tegangan sistem = 150 kV
Tahanan jenis permukaan batu koral (ρs) = 3000 Ohm-m
Tahanan jenis tanah(ρ) = 100 Ohm-m
Arus gangguan maksimum (If) = 10 kA
72
Waktu gangguan (tf) = 0,1 detik
Panjang grounding rod (S) = 3 m
Ketebalan lapisan koral (hs) = 0,1 m
Material Konduktor = tembaga (Cu) 120 mm2
Diameter konduktor = 0,01405 m
Total panjang konduktor = 2215 m
Kedalaman penanaman grid ( h) = 0,7 m
Luasan pentanahan tersedia (A) = 112 m x 41 m
= 4592 m
Data Impedansi transformator (Z1 dan Z0)
Z1 = Z2 = (0,034 + j 1,014) Ω pada sisi 20 kV
Impedansi sistem pentanahan ekivalen urutan positip :
Z1 = (4 + j 10) Ω pada sisi 150 kV
Impedansi sistem pentanahan ekivalen urutan nol
Z0 = (10 + j 40) Ω pada sisi 150 kV
Faktor pembagian arus:
Sf = 0,6 (ANSI/IEEE std. 80, 1986)
a. Menghitung tahanan pengetanahan
Menurut Sverak
Tahanan pengetanahan menurut Sverak, berdasarkan
persamaan 3 bab II sebelumnya dapat dihitung:
73
ohm
Menurut Schwarz:
Tahanan pengetanahan menurut Schwarz, berdasarkan
persamaan pada bab II sebelumnya maka tahanan
pengetahanan dapat dihitung.
k1= 1.23
k2 =6.175
d1=d2 = 0.01405 m
n = 18
74
Tabel 4.3 Perbandingan hasil analitik dengan Pengukuran dan standarIEEE untuk tahanan pentanahan
Tahanan Pentanahan (Ohm)
Sverak Scwarz
Analitik 0.71476 0.50235
Pengukuran 0.7129 0.5025
Standar IEEE
Pada tabel 4.3 menunjukkan bahwa tahanan pentanahan
gardu induk berdasarkan hasil analitik dan hasil pengukuran nilainya
hampir sama dan masih di bawah dari standar IEEE. Dengan
75
demikian maka sistem pentanahan gardu induk 150 kV Maros
memenuhi syarat sistem pentanahan yaitu
Menghitung arus fibrasi
Dalam menentukan besarnya arus fibrasi, maka dapat dihitung
menggunakan persamaan sebelumnya dalam bab II sebagai berikut:
Keterangan :
k = 0,0135 untuk manusia dengan berat badan 50 kg.
k = 0,0246 untuk manusia dengan berat badan 70 kg.
Maka besarnya arus fibrasi untuk manusia dengan berat badan 50 kg
pada saat gangguan selama 0.1 detik adalah
Maka besarnya arus fibrasi untuk manusia dengan berat badan 70 kg
dengan lama gangguan 0.1 detik adalah
Nilai arus fibrasi ini digunakan untuk menghitung tegangan langkah dan
sentuh seperti berikut.
76
b. Analisis tegangan
Gradien tegangan yang terjadi pada saat terjadi gangguan
pada peralatan gardu induk dibedakan atas besarnya tegangan yang
terjadi antara peralatan dan manusia yang berada di sekitar gardu
induk. Pada umumnya tegangan yang terjadi adalah tegangan
sentuh dan tegangan langkah
a. Tegangan sentuh
Objek dalam penelitian ini adalah manusia yang memiliki berat
50 kg dan 70 kg berada disekitar Gardu induk, dan menyentuh
peralatan dengan jarak 1 m maka tegangan sentuh yang
terjadi dapat dihitung berdasarkan persamaan pada bab II
sebelumnya berikut:
Untuk berat badan 70 kg :
Dengan Cs =
Untuk berat badan 50 kg :
Dengan Cs =
77
b. Tegangan langkah
Objek dalam penelitian ini adalah manusia yang memiliki berat
50 kg dan 70 kg yang berada disekitar Gardu induk saat
terjadi gangguan tanah, maka tegangan langkah yang terjadi
dapat dihitung dari persamaan pada bab II sebelumnya
berikut:
Untuk berat badan 70 kg :
Dengan Cs =
Untuk berat badan 50 kg :
Dengan Cs =
Tabel 4.4 Perbandingan hasil analitik dengan Pengukuran dan standar
PUIL untuk Tegangan Sentuh dan tegangan Langkah
Berat Badan orang 50 kg 70 kg 50 kg 70 kg
HasilTegangan Sentuh Tegangan Langkah
Volt Volt
Analitik 154.8623 282.1918 491.3763 895.3911
Pengukuran 1109.6 1501.8 3338.1 4517.9
78
Standar yang Diizinkan 1980 7000
Pada tabel 4.4 menunjukkan bahwa hasil perhitungan
tegangan sentuh dan tegangan langkah secara analitik untuk
gangguan selama 01 detik dan hasil pengukuran (lampiran3) nilai
masih dibawah dari standar PUIL 2000 yang diizinkan. Dengan
demikian maka sistem pentanahan gardu induk 150 kV Maros
memenuhi syarat sistem pentanahan yaitu Tegangan hasil
pengukuran dan hasil analitik lebih kecil dari nilai tegangan yang
diizinkan
3. Evaluasi sistem pentanahan
a. Tahanan pentanahan
Dalam standar IEEE, besarnya tahanan pentanahan di hitung
dengan langkah berikut:
Langkah ke 1: Data Lapangan
Data lapangan yang digunakan dalam perhitungan ini adalah:
a. Ukuran lokasi gardu induk yaitu 112 m x 41 m atau 4592 m2
berbentuk empat persegi panjang.
b. Tahanan jenis tanah yang terukur 100 Ohm – meter
* Langkah ke 2: Ukuran Konduktor
79
Dengan asumsi bahwa peralatan ditanahkan langsung tanpa
impedansi dan arus gangguan tanah simetri If ≈ 3I0, maka Ukuran
konduktor dihitung dengan Persamaan 2.24 pada bab II sebelumnya.
3I0 =)()(3
33
021021 XXXjRRRR
xEx
f
Untuk gangguan pada sisi 150 kV
3I0 =)401010()1044()0.(3
3.000.150.3
j
x
Untuk gangguan sisi 20 kVm, impedansi gangguan ekivalen 150
kV harus ditransformasikan ke sisi 20 kV. Dengan transformator
hubungan Δ-Y, hanya impedansi gangguan urutan positip sisi 150 kV
yang ditransformasikan. Hasil transformasinya adalah :
Z1 =2
150
20
(4 + j10) + 0,034 + j1,014
= 0,105111 + j1.191778
Z0 = 0,034 + j1,014
80
Maka
3I0 =)()(3
33
021021 XXXjRRRR
xEx
f
3I0 =)014.1191778.1191778.1()034.015111.015111.0()0(3
3000023
j
xx
3I0= 29725.45 A
Arus gangguan sisi 20 kV akan digunakan sebagai dasar
menentukan ukuran konduktor pembumian.
Dengan menggunakan Tabel A1 lampiran 1, untuk lama waktu
gangguan 0.1 detik, faktor dekremen Df =1.25, maka arus gangguan
asymmetri (rms) adalah 1.25 x 29725.45 = 37156.82 A. Nilai arus ini akan
digunakan untuk menentukan diameter minimum konduktor pembumian
Dari tabel A2 mengenai material konduktor yang digunakan
sehingga dipilih copper clad steel wire sesuai yang terpasang pada GI
Maros dengan konduktivitas 30 % sebagai konduktor grid, dengan
temperatur keliling 400 C dan batas temperatur maksimum 7000 C.
Jadi luas penampang dari konduktor dihitung dengan menggunakan
Persamaan pada bab II sebelumnya dan nilai tabel A2 pada lampiran 1
maka diperoleh :
81
Karena luas penampang koduktor 142,8 mm2 tidak ada maka
dipilih luas penampang konduktor 150 mm2, dengan demikian luas
penampang yang terpasang sama dengan hasil perhitungan.
* Langkah ke 3: Kriteria tegangan sentuh dan langkah
Untuk ketebalan permukaan batu koral 0,1 m (4 inchi) dengan
tahanan jenis 3000 Ω-m dan tahanan jenis tanah 100 Ω-m, faktor refleksi
K dihitung dengan menggunakan persamaan :
K =s
s
(4.3)
=3000100
3000100
= - 0,93548
Dari Gambar 4.2 untuk K = - 0,93548 dan hs = 0,1 m diperoleh
faktor reduksi Cs = 0,58389 Faktor reduksi dapat juga dihitung secara
pendekatan dengan menggunakan persamaan pada bab II sebelumnya
sebagai berikut.
82
Cs = 1 -09,02
109,0
s
s
h
(4.4)
= 1 -09,0)70,0(2
3000
100109,0
= 0.58389
- Tegangan sentuh yang diizinkan:
Untuk berat badan 70 kg :
Dengan Cs =
Untuk berat badan 50 kg :
Dengan Cs =
- Tegangan langkah yang diizinkan:
Untuk berat badan 70 kg :
Dengan Cs =
83
Untuk berat badan 50 kg :
Dengan Cs =
Langkah ke 4 menghitung tahanan pentanahan
Dari data pada tabel tabel 4.2, panjang total keseluruhan konduktor
adalah 2215 m dan luas grid A = 4592 m2, diperoleh harga tahanan grid
Rg
ohm
Langkah ke 5 Arus Grid Maksimum
Arus grid maksimum IG ditentukan persamaan sebelumnya dalam
bab II, Untuk Df = 1.25 dan Sf =0.6 maka arus grid maksimum adalah
84
Sf =03I
Ig
03I
ISf
g
IoSfI g 3*
53.124423*6.0 xI g
AI g 55.22396
Jadi Nilai IG (Arus grid maksimum) adalah
IG = Df.Ig
IG = 1.25 x 22396.55
IG = 27995.69 A atau 27.99569 kA
Walau arus grid maksimum pada sisi 20 kV (29725.45 Amp) lebih
besar dari arus grid maksimum pada sisi 150 kV (12442,53 Amp), namun
belitan trafo 20 kV dengan hubungan bintang ditanahkan merupakan
sumber lokal arus gangguan dan tidak memberi konstribusi terhadap
kenaikan potensial tanah (GPR, Ground Potential Rise). Jadi, arus grid
maksimum didasarkan pad harga arus gangguan sisi 150 kV (12442,53
Amp).
Langkah ke 7: Kenaikan potensial tanah (GPR)
85
Sekarang perlu dibandingkan antara GPR dengan tegangan sentuh
yang diizinkan.
GPR = IG.Rg
= 27996. 0.715 = 2001.714 volt
Harga ini jauh lebih besar dari 895.3911 volt, batas aman seperti
yang diperoleh pada langkah ke tiga. Oleh sebab itu dibutuhkan evaluasi
rancangan lebih lanjut.
Langkah ke 8 Menghitung mesh voltage
Harga Km hasil dihitung berdasarkan persmaan pada bab II
sebelumnya adalah
Km =
12(
8ln.
.4..8
)2(
..16ln
2
1 22
nK
K
d
h
dD
hD
dh
D
h
ii
dengan :
dengan
N = jumlah batang elektroda = 18
dan
Kh =oh
h1
H = 0.7 m
86
Ho = 1.0 m
Kh =0.1
7.01
Kh =1.30384
Km=2
1
115.2(
8ln
30384,1
635405,0
01405,0.4
7,0
01405,0.7.8
)7,0.27(
01405,0.7,0.16
7ln
22
Km = 0.754187
Faktor Ki dihitung sebagai berikut
Ki = 0,644 + 0,148 n
di mana
n = 18 batang
Ki = 0,644 + 0,148.15
= 2,864
Tegangan mesh Em dihitung sebagai berikut :
Em =M
Gim
L
IKK
Em =2215
27996684.20.754187x100 xx
Em = 193.29 Volt
Menghitung Tegangan langkah
Berdasarkan persamaan sebelumnya pada bab II maka tegangan
langkah dapat dihitung dengan proses berikut:
87
KS =
25.01
11
.2
11 n
DhDh
KS =
2155.01
7
1
7.07
1
7.0.2
11
= 0.31417
Sehingga diperoleh:
El=RC
isG
LL
KKI
.85.0..75.0
...
EL =1481.085.0221575.0
863.231417.027996100
xx
xxx
= 243.027 Volt
* Langkah ke 9
Hasil perhitungan diperoleh tegangan mesh lebih rendah dari
tegangan sentuh yang diizinkan (193.291 volt dibanding 282.1018 volt).
* Langkah ke 10
Hasil perhitungan tegangan langkah Es di bawah harga tegangan
langkah yang diizinkan yang sudah diperoleh sebelumnya dalam langkah
ke 3 pada 243.027 volt dibanding 895.3911 volt).
Perhitungan Tahanan jenis tanah dengan Metode tiga titik
(Three point methods)
Berdasarkan data sebelumnya pada gambar 4.2 diketahui:
Jarak batang electrode terdekat (a) = 28 m
88
Tahanan pembumian terukur seperti pada tabel 4.1adalah:
a. Dengan metode Sverak Rg = 0.7129 Ohm
b. Dengan metode Swarz Rg = 0.5025 Ohm
Maka Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (2.18) pada bab II sebelumnya seperti berikut:
a. Dengan metode Sverak :
Ohm meter
b. Dengan metode Swarz
Ohm meter
Perhitungan Tahanan jenis tanah dengan Metode empat elektoda
(Four Electrode methods)
Berdasarkan data sebelumnya pada gambar 4.2 diketahui:
Jarak batang electrode terdekat (a) = 28 m
Tahanan elektroda yang terukur seperti pada lampiran 4
adalah :
a. Dengan metode Sverak Rg = 0.7129 Ohm
b. Dengan metode Swarz Rg = 0.5025 Ohm
89
Maka Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan
menggunakan persamaan (2.22) pada bab II sebelumnya seperti
berikut:
a. Dengan metode Sverak :
Ohm meter
b. Dengan metode Swarz
Ohm meter
Hasil perhitungan menggunakan metode tiga titik dan metode
empat titik nilainya sama, hal ini disebabkan oleh jarak antara
elektroda yang terpasang adalah sama yakni 28 meter.
4. Pengujian dengan Simulasi menggunakan ETAP
Pada saat terjadi gangguan pada peralatan gardu induk maka
arus mengalir menyebar lewat konduktor kisi-kisi dan batang
elektroda, selanjutnya dinetralkan masuk ke dalam tanah. Besarnya
arus mengalir dalam tanah tersebut tidak dianalisis dalam penelitian
ini.
Berikut ini hasil simulasi menggunakan program ETAP dalam
menentukan besarnya tegangan sentuh, tegangan langkah
90
(a)
(b)
(c)
Gambar 4.4 Model Sistem pembumian menggunakan ETAP
Gambar 4.4 di atas menunjukkan proses pelaksanaan simulasi
dengan program ETAP. Untuk gambar (a) menunjukkan bentuk grid
dan posisi elektroda batang sistem pembumian, (b) visualisasi dari
gambar (a) untuk dua dimensi tampak dari depan dan gambar (c)
visualisasi dari gambar (a) untuk tiga dimensi.
91
Simulasi ini dilakukan untuk menguji hasil analitik dan hasil
pengukuran, namun demikian dalam simulasi ini tidak
memperlihatkan nilai arus gangguan pada peralatan tetapi
menggunakan arus gangguan (3Io)_berdasarkan data hasil pengujian
sebesar 29.725 kA, sehingga diperoleh hasil seperti pada gambar
4.5.
Gambar 4.5 Hasil simulasi menggunakan ETAP untuk berat
badan 70 kg
Gambar 4.5 menunjukkan bahwa besarnya sentuh hasil
simulasi sebesar 1309.2 volt untuk berat badan 70 kg, sedangkan
yang sentuh yang diijinkan sebesar 2060.3 volt. Begitu juga untuk
tegangan langkah hasil simulasi sebesar 852.5 volt dan tegangan
yang diijinkan sebesar 6751.6 volt untuk berat badan 70 kg.
sedangkan tahanan pembumian diperoleh sebesar 0.61 Ohm.
Dengan demikian maka sistem pembumian gardu induk Maros
92
menuhi syarat yang ada yaitu tegangan langkah hasil perhitungan
dengan simulasi ETAP lebih kecil dari tegangan langkah yang
ditoleransi, demikian juga dengan tegangan sentuh lebih kecil dari
tegangan sentuh yang ditoleransi. Begitupun dengan tahanan
pembumian lebih kecil atau sama dengan dari 1 ohm ( .)
Gambar 4.6 Hasil simulasi menggunakan ETAP untuk berat
badan 50 kg
Pada Gambar 4.6 menunjukkan bahwa besarnya sentuh hasil
simulasi sebesar 1309.2 volt untuk berat badan 50 kg, sedangkan
yang sentuh yang diijinkan sebesar 1522.2 volt. Begitu juga untuk
tegangan langkah hasil simulasi sebesar 852.5 volt dan tegangan
yang diijinkan sebesar 4988.5 volt untuk berat badan 50 kg. Dengan
demikian maka sistem pembumian gardu induk Maros menuhi syarat
yang ada yaitu tegangan langkah hasil perhitungan dengan simulasi
ETAP lebih kecil dari tegangan langkah yang ditoleransi, demikian
juga dengan tegangan sentuh lebih kecil dari tegangan sentuh yang
93
ditoleransi. Begitupun dengan tahanan pembumian lebih kecil atau
sama dengan dari 1 ohm ( .)
Dari hasil analisis tersebut di atas selanjutnya divalidasi
dengan hasil pengukuran di lokasi gardu induk 150 kV Maros seperti
terlihat pada tabel 4.5 berikut.
Tabel 4.5 Validasi data hasil pengukuran dengan analisis
No Data yang di Ukur Yang terukur Analisis Satuan
1 Panjang112 112
M
2 Lebar41 41
M
3 Tahanan Jenis100 100
ohm –m
4 Lamanya gangguan0.1 0.1
S
5 Estep50500.25 491.38
V
6 Estep70897.45 895.39
V
7 Etouch50156.34 154.86
V
8 Etouch70285.21 282.19
V
9 Horizontal conductor7 7
M
10 Spacing conduktor7 7
M
11 Depth of ground grid conduktor0.7 0.7
M
12 Resistance of ground system (Sverak)0.69 0.7147
Ohm
13 Resistance of ground system (Scwarz)0.525 0.5024
Ohm
Sumber : Hasil Pengukuran sistem pentanan gardu induk 150 kV Maros
Pada tabel 4.5 di atas menunjukkan bahwa nilai yang diukur
seperti tahanan pentananahan, tegangan sentuh dan tegangan
langkah, besarannya mendekati nilai hasil analitik. Dengan demikian
maka hasil analitik yang telah dilakukan mendekati nilai pengukuran.
94
F. PEMBAHASAN
Sistem pembumian gardu induk dengan luas area 4592 m2
dengan tahanan jenis tanah sebesar 100 Ohm meter berdasarkan
hasil pengukuran dengan kedalaman grid sebesar 0.7 m. Total
panjang konduktor dan konduktor batang elektroda sebanyak 18
batang serta konduktor yang terhubung pada peralatan adalah
2215m memiliki :
a. Tahanan pentanahan berdasarkan hasil analitik dan hasil
pengukuran menunjukkan bahwa nilainya lebih kecil dari
tahanan pentanahan yang diizinkan sebesar 1 ohm
b. Tegangan sentuh dengan berat badan 50 kg dan 70 kg
berdasarkan hasil perhitungan dan hasil pengukuran, nilai
masih di bawah batas tegangan yang di izinkan untuk lama
gangguan 0.1 detik
c. Tegangan langkah dengan berat badan 50 kg dan 70 kg
berdasarkan hasil perhitungan dan hasil pengukuran, nilai
masih di bawah batas tegangan yang di izinkan dengan
lama gangguan 0.1 detik
d. Arus grid maksimum yang dapat dilewatkan pada konduktor
grid sebesar 27,9 kA jauh lebih arus pengujian yang
dilakukan yaitu 10 kA, dengan lama gangguan 0.1 detik
95
e. Perbandingan tegangan mesh sebesar 193.29 volt jauh
lebih kecil dari tegangan sentuh yang diizinkan sebesar
282.1918 volt
f. Perbandingan tegangan langkah sebesar 243.027 volt jauh
lebih kecil dari tegangan langkah yang diizinkan sebesar
895.3911 volt
g. Hasil simulasi menggunakan ETAP menunjukkan bahwa
sistem pembumian pada gardu induk Maros memenuhi
syarat yang ada seperti terlihat pada gambar 4.5 dan 4.6.
Dengan demikian dari ketiga metode tersebut, menunjukkan
bahwa dengan simulasi ETAP menghasilkan nilai tahanan
pembumian yang paling kecil. Namun demikaian dua metode lainnya
masih dalam batas-batas yang disyaratkan. Jadi sistem pentanahan
gardu induk maros pada tegangan 150 kV berdasarkan data
rancangan, hasil perhitungan dan simulasi masih berada pada batas
toleransi yang dizinkan
Dari hasil survey langsung ke lokasi dan wawancara dengan bagian
lapangan di gardu induk Maros, maka dapat diperoleh bahwa tegangan
langkah maupun tegangan sentuh pada sistem pentanahan gardu induk
Maros pada kondisi operasi normal sebesar 0 (nol) volt. Hal ini berarti
bahwa komponen peralatan gardu induk bekerja dengan normal, karena
tidak ada tegangan yang timbul antara tanah dengan peralatan dan tidak
ada arus yang melalui peralatan yang terhubung ke sistem pentanahan.
96
Berdasarkan hasil pengukuran dengan metode empat titik
yang telah dilakukan,maka diperoleh tahanan jenis tanah pada
gardu induk Maros adalah sebesar 100 Ohm meter. Sedangkan hasil
perhitungan sebesar 125,42 Ohm (Sverak) dan 88.40442 Ohm
(Swarz). Demikian halnya dengan metode tiga titik sebesar 125,42
Ohm (Sverak) dan 88.40442 Ohm (Schwarz). Hal ini terjadi karena
persamaan yang ada memiliki kesamaan yaitu jarak elektroda yang
diukur adalah sama
G. Solusi Untuk Meningkatkan Kinerja Peralatan Gardu Induk di
Masa yang akan Datang
Pertumbuhan ekonomi yang terjadi saat ini terus meningkat, hal ini
dipengaruhi oleh jumlah penduduk yang terus bertambah, pembangunan
di segala bidang terus meningkat. Sebagai salah satu contoh adalah
adanya penambahan jaringan transmisi jalur tengah dan perubahan grdu
induk Maros dari sistem 70 kV ke 150 kV . Seiring dengan hal tersebut,
maka kebutuhan daya listrik terus meningkat, dengan demikian maka
kualitas daya listrik harus ditingkatkan pula baik dari segi suplai maupun
dari segi pelayanan. Untuk itu dimasa yang akan datang, mengingat
pertumbuhan penduduk terus meningkat maka kebutuhan daya listrik juga
meningkat sehingga dibutuhkan penambahan kapasitas daya listrik
(penambahan gardu induk baru), selanjutnya menaikkan tegangan
distribusi (20 kV) menjadi tegangan tinggi (150 kV) Selain itu, untuk
97
keadaan saat ini dibutuhkan penanganan gangguan dengan cepat, cepat
dan aman, melakukan reintalasi peralatan yang sudah tua, sehingga
gangguan yang terjadi dapat diisolir.
BAB V
PENUTUP
A. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil pengukuran, hasil analitik dan simulasi pada
bab IV sebelumnya maka dapat disimpulkan bahwa
3. Besarnya tahanan pentanahan pada pada gardu induk Maros
sebesar 0.71476 Ohm menggunakan metode Sverak dan
0.50235 Ohm menggunakan metode Scwarz, serta 0.61 Ohm
menggunakan Simulasi ETAP, nilai ini memenuhi syarat
sistem pentanahan yaitu
2. Besarnya arus gangguan yang timbul pada saat terjadi
kegagalan isolasi (hubung singkat satu fasa ke tanah) pada
gardu induk Maros berdasarkan hasil pengukuran sebesar 10
kA, sedangkan hasil analitik memungkin arus grid sebesar
27,996 kA yang dilewatkan pada konduktor pentanahan
dengan lama gangguan 0.1 detik.
98
3. Besarnya tegangan sentuh yang timbul pada saat terjadi
kegagalan isolasi (hubung singkat satu fasa ke tanah) pada
gardu induk Maros sebesar 154.8623 Volt untuk berat badan
50 kg dan 282.1918 Volt untuk berat badan 70 kg. Sedangkan
tegangan langkah sebesar 491.3763 Volt untuk berat badan
50 kg dan 895.3911 Volt untuk berat badan 70 kg, untuk lama
gangguan 0.1 detik
4. Sistem pentanahan peralatan komponen utama pada gardu
induk seperti peralatan transformator daya, konduktor
pentanahan dan peralatan proteksi semuanya terhubung dalam
satu sistem pengetanahan peralatan dan terhubung pada
sistem pentahanan gardu induk sehingga evaluasi yang telah
dilakukan merupakan satu bagian sistem pentanahan. Hasil
evaluasi yang dilakukan dengan cara membandingkan hasil
perhitungan, hasil pengukuran, nilai standar IEEE dan simulasi
dengan program ETAP menunjukkan bahwa ketiga metode
yang digunakan menunjukkan bahwa sistem pentanahan gardu
induk Maros memenuhi syarat yang ada yaitu tahanan sistem
pentanahan , tegangan sentuh dan tegangan langkah
hasil perhitungan lebih kecil dari tegangan yang diijinkan.
B. Saran
99
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan,untuk peralatan sistem
pentanahan Gardu Induk Maros terbatas pada analisis peralatan utama
yang ada dalam gardu induk tanpa menganalisis pengaruh peralatan lain
seperti saluran dan tower tansmisi yang ada didalam lokasi gardu induk.
Karena itu disarankan untuk penelitian lanjutan mengenai peralatan lain
yang terhubung dengan sistem pentanhan yang ada dalam gardu induk
khususnya gardu induk 150 kV Maros selain itu disarankan untuk
menganalisis sistem pentanahan gardu induk yang didalamnya memiliki
pembangkitan dengan sistem pentanahan yang terhubung satu dengan
yang lain.
100
Daftar Pustaka
CP, William and Justin, D,Joel, 1963, “ Hydro Electric Hand Book,Grounding, New York, Edisi 2.
CSA C22.1-1994, Grounding, Canadian Electrical Code
Dhimas Dhesah Kharisma, 2010 Pengaruh kedalaman Penanaman danjarak elektroda tambahan terhadap nilai tahanan pembumian,Jurnal Ilmu-ilmu Teknik-Sistem Vol. 5 No.2, diakses bulanDesember 2011
Dian Saefulloh ,2010 Perencanaan pengembangan gardu Induk untuk 10tahun ke depan, UNDIP, diakses bulan Desember 2010
Evans, D, Robert, 1950. “ Electrical Transmission and DisrtributionReference Book Grounding of Power System Neutrals, EastPittsburgh, Edisi 3.
Hutauruk, TS, 1999,” Pengetanahan Netral Sistem Tenaga danPengetanahan Peralatan, Erlangga, Jakarta.
Holmes H. Simbolon,2011. Perencanaa sistem pembumian Grid, GarduInduk 115 kV ketigul di PT. Chevron Pacific Indonesia, UnivesitasSumatra Utara, diakses bulan Januari 2011
Henry B.H. Sitorus, Herman Halomoan Sinaga, Hendrik A.N.Simanjuntak,2008. Disain Sistem Pentanahan Grid-Rod GarduInduk 150 kV Untuk Berbagai Kondisi Tanah di Lampung, UNILAdiakses bulan Januari 2011
101
IEEE, 1986. An American National Standard IEEE Guide for Safety in ACsubstation Grounding, New York, USA
Pabla, S, A, 1981,” Electric Power Distribution System Grounding, KirtiNagar, New Delhi.
Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL), 2000. “ Proteksi danKeselamatan, Badan Standarisasi Nasional Indonesia, Jakarta.
LAMPIRAN 1
Tabel A1 nilai Df
Lama gangguan
(detik)
Frekuensi (50 Hz) Decrement factor
(Df)
0.008 0.5 1.65
0.1 6 1.25
0.25 15 1.1
0.5 atau lebih 30 atau lebih 1
Tabel A2 Konstanta material hal 66 standar 80 IEEE, 1986 hal 66
102
LAMPIRAN 2
Gambar L1 Single line gardu induk Maros
103
LAMPIRAN 3
DATA-DATA HASIL PENGUKURAN
104
LAMPIRAN 4
Hasil pengukuran tahanan elektroda dengan metode empat titik
No Tes Lokasi Tahanan (Ohm)
1 Titik 1 Switch Yard 0.5
2 Titik 2 Switch Yard 0.4
3 Titik 3 Switch Yard 0.5
4 Titik 4 Switch Yard 0.5
105
LAMPIRAN 5
106
LAMPIRAN 6
Gambar L6. 1 Foto Papan Nama gardu induk Maros 150 kV yang diambil
tanggal 16 Maret 2012
107
Gambar L6.2 Foto Peralatan Gardu Induk Maros yang diambil tanggal 16
Maret 2012
Gambar L6.3 Foto Gardu Induk Maros 150 kV yang di ambil tanggal 16
Maret 2012
108
Gambar L6.4 Foto Tranformator Daya di Gardu Induk Maros yang diambil
tanggal 16 Maret 2012
LAMPIRAN 7
PT. PLN (Persero)
PIKITRING SULAWESI MALUKU DAN PAPUA
PENGUKURAN SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK 150 kV MAROS
No Data yang di Ukur SimbolYang
terukur Satuan
1 2 3 4
1 Panjang p 112 m
2 Lebar l 41 m
3 Tahanan Jenisρ
100ohm -
m
4Lamanya gangguan untuk konduktortanah
t0.1
s
109
5 Estep50 Es 500.25 v
6 Estep70 Es 897.45 v
7 Etouch50 Et 156.34 v
8 Etouch70 Et 285.21 v
9 Horizontal conductor Lc 7 m
10 Spacing conduktor D 7 m
11 Depth of ground grid conduktor hc 0.7 m
12 Resistance of ground system(Sverak) Rg 0.69 Ohm
13 Resistance of ground system (Scwarz) Rg 0.525 Ohm