PowerPoint Presentation

Chapter 7Grounding System Principles7.1 PendahuluanDefinisi Grounding : sistem pentanahan yang berfungsi untuk meniadakan beda potensial sehingga jika ada kebocoran tegangan atau arus akan langsung dibuang ke bumi.Tujuan utama : menciptakan jalur yang low impedance (tahanan rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage

Ada empat tipe sistem pentanahan, yaitu :(1) ungrounded(2) impedansi tinggi(3) impedansi rendah(4) efektif atau solid groundMasing-masing mempunyai keuntungan dan kelebihan yang digunakan untuk aplikasi yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhannya

7.2 UNGROUNDED SYSTEMSDidasarkan oleh kapasitansi alami dari sistem ke ground.Keuntungan : Tingkat kesalahan /arus gangguan saat ini sangat rendah, sehingga kerusakan peralatan minimal.Kelemahan : sistem akan terganggu terhadap tegangan transient yang tinggi.Contoh sistem Ungrounded

7.3 Transient over voltageSambaran busur setelah gangguan arus pada breaker atau pada fault dapat mengakibatkan overvoltage dengan kerusakan lebih parah pada underground system. (ditunjukkan pada gambar slide selanjutnya)pada sistem kapasitif , arus leading dari tegangan hingga mendekati 90.Ketika arus mengalami gangguan, atau busur padam saat mendekati nilai 0 (zero), tegangan akan mendekati nilai maksimum.Dengan breaker tebuka, maka sisa tegangan pada kapasitor akan mengurangi time constant pada sistem kapasitif.

7.4 Grounded-detection methods for undergrounded systemTegangan memberikan indikasi terbaik pada ground fault, karena arus sangat rendah.Pada dasarnya, tidak berubah dengan lokasi gangguan.Terdapat 2 metode yang digunakan (ditunjukkan pada gambar slide selanjutnya).Hal ini menunjukkan bahwa ground fault itu ada tetapi tidak berada di primary system.

7.4.1 Three-Voltage Transformer

Tegangan relay :Nilai Resistansi Kumparan Sekundern pada umumnya

7.4.2 Single-Voltage Transformator

7.5 Sistem Pentanahan Impedansi TinggiTerdapat dua tipe dari Sistem Pentanahan Impedansi tinggi, yaitu:1) Pentanahan resonansi (Peterson coil).2) Pentanahan resistansi tinggi,

7.5.1 Pentanahan Resonansi (Peterson Coil)Sebuah reactor di-tuningagar matchingdengan kapasitansi sistem dan diselipkan antara netral dan titik pentanahan, hasilnya jika terjadi gangguan tanah, arus yang terjadi adalah nol.If=fault curentIL= current flow di coil petersenIc=current flow di phase-earth kapasitansi

Kelebihan dan Kelemahan Peterson CoilKelebihan :Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi mahluk hidup.Kerusakan peralatan sistem dimana arus gangguan mengalir dapat dihindari.Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah.Gejala busur api dapat dihilangkan. Kelemahan :Rele gangguan tanah (ground fault relay) sukar dilaksanakan karena arus gangguan tanah relatif kecil.Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa ke tanah yang menetap (permanen) pada sistem.Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel (tuning) kembali.7.5.2 Pentanahan Resistansi TinggiSistem daya digroundkan melalui resistor, dan pada prakteknya digunakan besar resistor yang sama atau sedikit lebih kecil dari total kapasitansi ke ground. Arus gangguan kecil untuk meminimalisir terjadinya bahayaRentang arus gangguan berkisar antara 1-25A primer, yaitu biasanya antara 1-10A.Biasa digunakan untuk alarm

Kelebihan dan Kelemahan Pentanahan Resistansi TinggiPentanahan titik netral melalui tahanan (resistance grounding) mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu :Kelebihan :Besar arus gangguan tanah dapat diperkecilBahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil.Mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat arus gangguan yang melaluinya.Kelemahan :Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya gangguan fasa ke tanah.Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaan rele pengaman menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui.7.5.3. Example: Typical High-Resistance Neutral Grounding

Tipe Grounding : 160 MVA ,18kV. Berikut kapasitansi ke ground (microfarads/phase) harus berdasarkan :

Contoh tipe-resistensi tinggi grounding dengan netral resistor :sistem unit pembangkit jaringan sekuens, nilai-nilai dalam per unit pada 100 MVA, 18 kV kesalahan distribusi saat ini.

Reaktansi Kapasitif, per unit pada 100 MVA 18KV:Positif dan Negatif sequance reaktansi untuk system: J0.066 puJadi, Kesalahan Arus :

Nilai watt pada resistor selama kesalahan :Arus Sekunder dari 6,9(18.000/240) = 464,38 ADemikian pula, trafo distribusi kilovolt ampere (kVA) adalah :Ketika grounding ini digunakan untuk unit generator, tripping unit dianjurkan, sehingga rating ini dapat menjadi rating waktu singkat, bukan rating berkelanjutan. Arus charging normal untuk sistem ini akan :

Tiga-fase dan urutan distribusi untuk sistem dari gambar saat fase padat ke kesalahan ground7.5.4. EXAMPLE : TYPICAL HIGH -RESISTANCE GROUNDING WITH THREE DISTRIBUTION TRANSFORMERS

7.6 System Grounding for Mine and Other Hazardous-type ApplicationsSistem pentanahan medium-high-resistance dikembangkan pada sistem penambangan batu bara dan aplikasi sejenis yang berbahaya lainnya

Arus gangguan pada sistem: 25-50 ARele yang sangat cepat dan sensitif yang digunakan untuk deteksi ground fault

Karena potensi bahaya yang tinggi, keamanan, selektifitas, & kontinyuitas pelayanan sangat diperhatikan

Banyak beban esensial yang dipasok dari normal feeder pada substation ini

7.7 Low Impedance GroundingBatasan arus gangguan line-to-ground low-impedance grounding 50-600 A

Untuk membatasi arus gangguan, perlu rele proteksi sensitif dengan magnitude yang berbeda

Pada trafo zigzag, terdiri dari tiga 1:1 rasio trafo dan terkohubung dengan arus zero sequenceSehingga Ia0=Ib0=Ic0=I0Tetapi untuk positive & negative sequence tidak bisa, karena Ia1Ic1 Ib1 dan Ia2Ib2 Ic2Impedans zero sequence sebesar XTTegangan line-yo-neutral sebesar 1 pu, tegangan yang melalui setiap winding sebesar 0.866 puXT sangat rendah untuk membatasi gangguan, sehingga resistor/reactor perlu ditambahkanExample 1: Typical Low-Resistance Neutral Reactor GroundingBatasan arus gangguan line-to-ground 400 AMVA base sebesar 20 MVA

Example 2: Typical Low-Resistance Neutral Resistance GroundingTypical example of low-impedance grounding

39Berapa besar R?Batas arus gangguan line-to-groundnya:400A

dimana:X1=X2=j0.0583 Zo=3R+j0.052 pu

atau

7.8 Solid GroundingOleh ANSI/IEEE standards, ketika konstanta sistem tenaga listrik adalah

SOLID (EFFECTIVE) GROUNDING(2)Ciri-ciri sistem ini :Sistem distribusi 20 KV fasa tiga , 4 kawat dengan pentanahan Netral secara langsungKawat Netral ditanahkan di setiap tiang sepanjang JTM dan JTR, dipergunakan sebagai netral bersama TM & TR (Common Neutral)Karena tahanannya sangat kecil, maka arus gangguannya besar, sehingga diperlukan rele yang dapat bekerja dengan cepat

Proteksi terpasang :PMT dipasang di pangkal penyulang (feeder)Dilengkapi dengan OCR untuk membebaskan gangguan antar fasaDilengkapi dengan GFR untuk membebaskan gangguan fasa-tanahPBO dikoordinasikan dengan SSO dan Pengaman Lebur (PL) jenis FCO

7.8.1 ExampleExample :Cari nilai transformer bank dari sistem berikut.

Didapat : Sehingga fault current pada 13.8 kV,

Untuk fault 3 fasa pada titik F :

7.8.2 Ground DetectionUntuk fault 3 fasa pada bus

Dimana, dan maka,

Ketika X1 lebih besar dari X1 dan X2 maka,

Ground Detection pada Sistem Solid GroundingPada sistem solid grounding, arus fault terjadi diberbagai lokasi, dengan itu proteksi arus lebih diaplikasikan pada sistem ini.3V0 = VLNPada sistem ungrounded dan high impedance grounded, level arus tidak terlalu signifikan melebihi jaringan. 3V0 =3 VLN

7.9 Feroresonansi Sistem Tiga FasaFeroresonansi merupakan fenomena yang terjadi sebagai akibat dari adanya resonansi antara sistem kapasitansi dan induktansi nonlinear pada inti besi. Feroresonansi biasanya terjadi pada transformer yang dikoneksikan dalam konfigurasi delta atau pada beberapa kasus dalam konfigurasi Wye-wye. Begitu pula pada inti transformator empat atau lima kaki.

Feroresonansi merupakan fenomena yang terjadi pada transformator sebagai akibat adanya resonansi antara kapasitansi dan induktor. Pada induktor, reaktansi induktif juga dipengaruhi oleh kerapatan fluks inti besi, sedangkan inti besi memiliki daerah kerja linier dan saturasi. Inti besi biasanya didesain untuk bekerja dalam kondisi saturasi. 467.9.1 Feroresonansi Sistem Tiga FasaFeroresonansi ditandai oleh:Adanya overvoltage atau lompatan teganan/arus dimana tegangan meningkat sebesar dua hingga lima kali arus yang terukur.Kenaikan temperatur yang tinggi dan cepat sehingga dapat menyebabkan bubbling pada permukaan transformator.Distorsi gelombang arus dan tegangan yang tidak teratur.Perpindahan tegangan titik netral.Bunyi (noise) yang terus menerus pada trafo.Terbukanya salah satu switch fase.Feroresonansi dapat menyebabkan kerusakan pada:Transformator.Penagkap petir (lightning arrester).Komponen atau peralatan distribusi tegangan listrik lain.Berdampak pada keselamatan kerja operator.Potensi-potensi terjadinya feroresonansi:Transformator tiga fasa dalam kondisi no-load atau lightly-load.Kabel bawah tanahSwitch

Feroresonansi terjadi ketika sistem tiga fasa tanpa beban terdiri hanya dari komponen induktif dan komponen kapasitif. 48

Gbr. Sistem Distribusi pada umumnya

Gbr.Jalur arus feroresonansi saat hanya fase a dihubungkan ke beban (fase b dan c dalam keadaan closed.

Gbr. Jalur arus feroresonansi saat fase a dalam kondisi open oleh fuse/breaker atau konduktor yang rusak.Pencegahan dapat dilakukan dengan membatasi arus fasa terbuka sebesar kurang atau sama dengan 1.25 pu

Dimana:Xc = Reaktansi ekuivalen kapasitif tiap fasa(Ohm) Xe = Reaktansi ekuivalen exciting (Ohm)K = 40 (konstanta)

Persamaan dapat direpresentasikan dalam bentuk:

Dapat disimpulkan bahwa:Feroresonansi lebih berpotensi terjadi pada transformator dengan level teganan yang lebih rendah yaitu sekitar 25kV-35kV,Pada tegangan tinggi diatas 15kV, danSistem dengan panjang saluran transmisi panjang dan kapasitansi yang tinggi.

Meskipun begitu pada kasus-kasus tertentu, feroresonansi mungkin saja terjadi pada sistem tegangan di bawah 15kV. Selain itu, juga berpotensi lebih tinggi terjadi pada saluran kabel tegangan bawah tanah. 53

Feroresonansi dapat terjadi pada transformer yang ditanahkan akibat dari kapasitansi antar fase, atau terjadi pada kapasitor shunt yang tidak ditanahkan.7.9.2 Feroresonansi Pada Sistem Distribusi dan Tegangan TinggiPencegahan terjadinya feroresonansi pada sitem distribusi listrik:Menambahkan beban pada sisi sekunder transformator.Memperbaiki sistem grounding pada transformator.Menempatkan sakelar dengan beban (tidak praktis).Pada tegangan tinggi, feroresonansi dapat terjadi antara kapasitansi saluran dengan reaktor shunt saluran ketika saluran tersebut telah di-de-energized.

7.10 SAFETY GROUNDING

Konsep Safety GroundingMembangun Ground Map atau tatakan pentanahanTegangan jatuh minimum ke semua arahImpedansi minimum antara ground mat dengan ground aslinyaTujuan Safety GroundingMengurangi dan meminimalisasi potensi kejutan atau sengatan listrik yang dapat membahayakan keselamatan individu atau setiap orang (pekerja).Implementasi Safety GroundingSemua perangkat yang berada dalam area cakupan ground mat (tatakan pentanahan), wajib diikat dengan kuat kepadanya.Perangkat-perangkat tersebut meliputi bagian metalik (yang mengandung logam)pada relay, relay switchboard, sistem pengkabelan sekunder dsb. Selain itu, rangkaian sekunder dari trafo CT dan PT juga di-tanah-kan.Ketentuannya adalah sebagai berikut:Hanya akan ada satu buah ground dalam rangkaian dan grounding yang lebih disukai adalah grounding pada switchboard dan relay houseTidak disarankan adanya penggunaan grounding tambahan, karena dapat berpotensi mengakibatkan kerusakan pada sistem pengkabelan sekunder dan dapat memperlambat penanganan kegagalanHanya akan ada satu sistem grounding dalam rangkaian yang dinilai cukup untuk meminimalisasi potensi elektrostatik7.11 GROUNDING SUMMARY AND RECOMMENDATIONSTypesApproximate Fault current Primary AmperesIndustrial and Utility Station Services SystemsUtility Transmission Subtransmission DistributionGeneral commentsUngroundedSangat rendahUmumnya tidak direkomdasikan tetapi digunakan untuk pemakaian yang berkelanjutanTidak direkomendasikanKegagalan mudah dideteksi tapi sulit untuk mencari lokasiKegagalan arus rendah, kerusakan minimumTransien tegangan lebih menjadi tinggiMemungkinkan Ferroresonance dan netral VT inversiPerawatan kegagalan pentingHigh-resistance1-10Direkomendasikan untuk pemakaian yang berkelanjutanTidak direkomendasikanSama seperti di atasKegagalan arus rendah, kerusakan rendahTransien overvoltage terbatas sampai 2.5 VLNTypesApproximate Fault current Primary AmperesIndustrial and Utility Station Services SystemsUtility Transmission Subtransmission DistributionGeneral commentsLow-impedance20-600DirekomendasikanTidak direkomendasikanMudah untuk mendeteksi dan mencari lokasi kegagalanEffective-solidRendah sampai tinggiDirekomendasikan

Direkomendasikan

Mudah untuk mendeteksi dan mencari lokasi kegagalan