2.Pembumian Netral Sistem

8/18/2019 2.Pembumian Netral Sistem

1/12

Masalah Pentanahan Netral Sistem TM 20 kV

Dipasok oleh PLTD Skala Kecil Seminar

Proteksi 24 Juli 03

MASALAH PENTANAHAN NETRAL

SISTEM TEGANGAN MENENGAH 20 kV

DIPASOK DARI PLTD SKALA KECIL *)

OlehPribadi Kadarisman Kartawan Muchtar Wahyudi Sarimun.N

PT PLN Persero) Kantor Pusat PT PLN (Persero) Jasdik PT PLN (Persero) Jasdik

ABSTRAK

Pentanahan sistem pada Sistem Tenaga Listrik mulai dari Pusat Listrik sampai dengan gardu Distribusi,

sangat diperlukan., Pentanahan pada sistem Tegangan Rendah digunakan untuk mengurangi tegangan

sentuh kalau pada peralatan listrik pelanggan mengalami kebocoran listrik.

Pentanahan pada sistem Tegangan Tinggi atau Tegangan Menengah digunakan untuk mengurangi arus

hubung singkat jika terjadi gangguan satu fasa ketanah.

Pemasangan pentanahan sistem dapat dipasang di Generator atau transformator tenaga dengan

hubungan belitan wye (Y), untuk sistem kelistrikan kecil pentanahan ini tidak diperlukan (floating),

tetapi untuk sistem yang besar perlu sekali sistem pentanahan seperti pentanahan mempergunakan

Resistansi, Peteson coil dan solid.

Pemilihan pentanahan yang akan dipasang perlu melihat pasokan daya dari Pusat Listrik ke beban dan

besarnya arus gangguan fasa ketanah, misalnya yang sekarang banyak di anut oleh sistem kelistrikan di

Indonesia mempergunakan tahanan 40 Ohm. Hal ini jika terjadi gangguan 1φ - ketanah, pada sistem

besar seperti di Jawa tidak berpengaruh pada mesin-mesin penggerak mulanya (prime-over), tetapi untuk

sistem kecil yang dipasok dari PLTD beroperasi isolated tersebar di pulau-pulau kecil sangat

berpengaruh sekali terhadap mesin penggerak mulanya.Hal ini terjadi karena pada saat gangguan 1 fasa

- ketanah menyebabkan terjadinya gaya lintang unbalance pada poros generator mesin yang

menimbulkan moment lentur cukup besar, sehingga terjadi tegangan lentur berlebihan antara generator

dan crankshaft, yang menyebabkan konsentrasi tegangan, pada bagian-bagian crankshaft dan bearing.

Bagian-bagian inilah yang sering mengalami kerusakan. Kejadian seperti tersebut diatas sangat merugikan jika terjadi gangguan satu fasa ketanah yang dapat

merusak mesin PLTD (prime over), sehingga pasokan daya dari Pusat listrik terhenti.

Pada makalah ini, mencoba mempelajari terjadi gangguan 1φ - ketanah yang menyebabkan kerusakan

pada mesin PLTD dan pada lampiran memberikan perbandingan sistem pentanahan (mengambang,

pentanahan Resistans, pentanahan Peterson Coil, dan pentanahan Solid).

Kata kunci: Pentanahan netral, Arus gangguan 1Φ - ketanah* ) = Disampaikan pada Lokakarya forum Proteksi

I. PENDAHULUAN

Jaringan distribusi primer 20 kV di

Indonesia ada yang mempergunakan sa-

luran kabel bawah tanah dan Sebagian

besar (70%) mempergunakan saluran udara

Tegangan Menengah (SUTM) yang

melintasi udara terbuka, pada jaringan ini

banyak gangguan-gangguan yang tak dapat

dihindari seperti gangguan karena petir atau

gangguan yang diakibatkan pepohonan dan

binatang. Hal ini dapat mengakibatkan

terjadinya hubung singkat antar fasa (3 fasaatau 2 fasa) atau gangguan hubung singkat

1 fasa ke tanah, yang dapat bersifat

Temporair (non persistant) atau permanent(persistant).

Gangguan yang permanen misalnya hubung

singkat dapat terjadi pada kabel, belitan

trafo atau belitan generator karena

tembusnya (break downnya) isolasi padat.

Di sini pada titik gangguan memang terjadi

kerusakan yang permanen. Peralatan yang

terganggu tersebut baru bisa dioperasikan

kembali setelah bagian yang rusak

diperbaiki atau diganti.

Pada gangguan yang temporer, tidak ada

kerusakan yang permanen di titik gangguan.Gangguan ini misalnya berupa flashover

antara penghantar fasa dan tanah (tiang,

Pribadi .K, Kartawan Muchtar & Wahyudi SN 1


2/12



Proteksi 24 Juli 03

travers atau kawat tanah pada SUTM) kare-

na sambaran petir, atau flashover dengan

pohon-pohon yang tertiup angin dan

sebagainya.

Pada gangguan ini yang tembus

(breakdown) adalah isolasi udaranya, oleh

karena itu tidak ada kerusakan yang permanen. Setelah arus gangguannya

terputus, misalnya karena terbukanya cir-

cuit breaker oleh relay pengamannya, per-

alatan atau saluran yang terganggu tersebut

siap dioperasikan kembali.

Jika terjadi gangguan 2 fasa, arus hubung

singkatnya biasanya lebih kecil daripada

arus hubung singkat 3 fasa. Kalau tahanan

gangguan diabaikan arus hubung singkat 2

fasa kira-kira : ½ √3 (=0,866) kali arushubung singkat 3 fasa.

Jika terjadi gangguan 1 fasa-tanah, Arus

gangguan 1 fasa ke tanah hampir selalu

lebih kecil daripada arus hubung singkat 3

fasa, karena di samping impedansi urutan

nolnya pada umumnya lebih besar daripada

impedansi urutan positifnya, gangguan

tanah hampir selalu melalui tahanan

gangguan, misalnya beberapa ohm yaitu

tahanan pentanahan kaki tiang dalam hal

flashover dengan tiang atau kawat tanah,

atau beberapa puluh atau ratusan ohm

dalam hal flashover dengan pohon.Di samping itu untuk sistem dengan

pentanahan melalui tahanan yang terpasang

pada generator atau transformator yang

dihubungkan Y, tahanan pentanahan netral

itu juga akan membatasi arus gangguan 1

fasa ke tanah.

II. PENTANAHAN MEMPERGUNAKANTAHANAN

Gangguan 3 fasa dan gangguan 2 fasa dapat

yang terjadi pada jaringan distibusi 20 kVdapat di clear kan oleh Over Current Relay

yang terpasang di outgoing feeder, tetapi

gangguan 1 fasa ke tanah dapat di clearkan

oleh Ground Fault Relay.

Pada Sistem Tenaga Listrik yang dipasok

dari Pusat listrik dan transformator dipa-

sang bermacam-macam pentanahan, antara

lain: Tanpa pentanahan (Floating), Pen-

tanahan melalui Peterson coil, Pentanahan

solid dan Pentanahan melalui Tahanan.

Penjelasan tentang kerugian dan keuntung-

an dari bermacam-macam pentanahan dapat dilihat pada lampiran.

Pada bab ini menjelaskan tentang

pentanahan sistem tenaga Listrik yang

terpasang pada sistem distribusi Primer 20

kV di Gardu Induk atau pada sistem

isolated yang dipasok oleh PLTD skala

kecil.

Berdasarkan standar PLN no 2 tahun 1978,standar PLN no 12 tahun 1980, standar

PLN no 26 tahun 1980 , bahwa pentanahan

netral sistem Distribusi tegangan menengah

(20 kV) ada bermacam-macam pentanahan

seperti berlaku di PLN Distribusi Jawa

Timur ditanahkan melalui tahanan tinggi

(500 Ohm), di Jawa Tengah dengan sistem

Distribusi 3 fasa 4 kawat mempergunakan

pentanahan langsung sepanjang jaringan

(pentanahan efektif) dan di PLN Distribusi

Jaya dan Wilayah-wilayah PLN diluar

Jawa sistem pentanahannya melalui

tahanan 40 Ohm atau 12 Ohm

Pemilihan nilai 40 Ohm ini pada awalnya

berpegang kepada perlunya gangguan

tanah diselesaikan dengan bekerjanya Relai

Gangguan Tanah yang lebih pasti dan

selektif. Namun demikian besarnya arus

gangguan tanah perlu dibatasi agar tidak

terlalu besar yaitu sebesar arus nominal

Trafo daya terbesar pada waktu itu (tahun

70 an), sehingga didapatkan nilai 40 Ohm

ini. Ternyata sesuai SPLN tersebut diatas pentanahan ini dianut pula oleh sistem

Distribusi 20 kV yang dipasok dari Pusat

Listrik Tenaga Diesel Skala kecil. Seperti

telah diketahui secara umum, setiap kali

kejadian gangguan satu fasa ketanah pada

sistem pentanahan Netral melalui Tahanah

(murni), sistem pembangkitannya pasti

mendapat tambahan beban resistif (MW)

yang mempunyai beban tak seimbang

(unbalance), karena arus gangguan 1 fasa

ketanah yang melewati tahanan pada

generator yang dihubungkan ketanah. Jikakapasitas pembangkitan yang cukup besar

seperti di sistem kelistrikan Jawa, sebagian

di Sumatra, Sulawesi dan sebagian kecil di

Kalimantan, tambahan beban unbalance ini

tidak banyak berarti terhadap mesin-mesin

penggerak mulanya. Tetapi untuk sistem

kecil yang beroperasi isolated dan tersebar

di pulau-pulai kecil di Indonesia yang

dipasok oleh PLTD skala kecil dimana

beban resistif tambahan yang terbentuk

akibat gangguan 1 fasa ketanah di jaringan

Distribusi tegangan menengah, besarkemungkinan nilai MW yang diserap lebih

besar dari kapasitas pembangkit 3 fasanya.



3/12



Proteksi 24 Juli 03

Hal ini dapat dihitung dengan

mempergunakan persamaan sebagai

berikut:

P (Watt) = Watt

R

V2 ph

Dimana:

P = Daya yang diserap oleh mesin (Watt)

V = Tegangan fasa – netral (Volt)

R = Tahanan pentanahan yang terpasang

di trafo hubungan Y (Ohm)

Jika mesin dengan daya 3 MW pentanahan

40 Ohm maka daya yang diserap (selain

beban) sebesar:

P = =40

)3/20( 2 3,33 MW

Selanjutnya gangguan 1 fasa tanah dapat

merusak mesin (prime over).

Gejala kerusakan pada mesin adalah:

Terjadinya gangguan satu fasa ketanah

Mesin tidak mengalami “overload” atau

“underspeed” mesin tidak trip

Mesin baru trip setelah mengalami

kerusakan pada bagian yang terhubung

dengan crankshaft

Kemungkinan penyebab kerusakan pada

mesin (prime over).

Dari gambar 1 diatas bahwa

1.

gaya Pg1 dan Pg 2 saling menghilangkan, dan beban gaya PX1 + P X2


4/12



Proteksi 24 Juli 03

Nilai daya yang diserap oleh Mesin akibat

gangguan 1 fasa ketanah sebesar 0,266

MW, masih dibawah daya mesin sebesar 3

MW hal ini tidak menghentikan generator

dan GFR yang terpasang dapat bekerja

dengan baikDengan uraian tersebut diatas bahwa

pemakaian tahanan pentanahan 500 Ohm

yang terpasang pada mesin PLTD skala

kecil sangat baik dibandingkan tahanan

pentanahan 40 Ohm

III. Contoh:

Pengaruh gangguan satu fasa ke tanah yang

dipasok dari PLTD dengan daya 1,5 MVA

tegangan 6,3 kV dengan pentanahan

mempergunakan tahanan 500 Ohm,

gangguan ada dilokasi C

Data-data

1. PLTD:

A : 1,5 MVA, 6,3 kV, Xd’ = 2,5%,

NGR = 500 Ohm

B : 1,5 MVA, 6,3 kV, Xd = 2,5%,

NGR = 500 Ohm

2. Impedansi jaringan:

a. Jaringan AC & Jaringan BC

Z1 = Z2 = 2,811 + j 4,297 Ohm

Zo = 4,720 + j 21,034 Ohm

b. Z1 = Z2 = 5,621 + j 8,596 Ohm

Zo = 9,4406 + j 42,068 Ohm

1. Pentanahan mempergunakan tahanan

500 OhmTabel 1

Kap

Kap/

fasa

Power

( R )

Power

( S )

Power

( T )

Power

Ter

kVA kVA (kWatt) (kWatt) (kWatt)

serap

(kW)

Gen- A 1500 500 283,38 6,454 8,922 298,75

Gen- B 1000 333,3 223,03 -6,454 -8,922 207,65

506,40 0,000 0,000 506,40

2. Tahanan mempergunakan tahanan 40 Ohm

Tabel 2

Kap

Kap/

fasa

Power

( R )

Power

( S )

Power

( T )

Power

Ter

kVA kVA (kWatt) (kWatt) (kWatt) serap

(kW)

Gen- A 1500 500 584,87 -31,76 84,930 638,042

Gen- B 1000 333,3 472,017 31,76 84,930 418,835

1056,9 0,000 0,000 1056,87

Hasil perhitungan tersebut diatas, terlihat bahwa

terjadi pergeseran besar dan vektor teganganfasa yang terganggu satu fasa ketanah

Pada tabel 1 pentanahan yang mempergunakan

tahanan 500 Ohm daya yang terserap oleh

tahanan pentanahan dengan daya dua mesin

sebesar 2500 kW sebesar 506,40 kW, hal ini

generator tidak overload. Bila dilihat nilai Power

(kW) satu fasa yang diserap dari generator

akibat gangguan satu fasa ketanah ini tidaklah

sampai melampaui kapasitas generator perfasa

Jadi penguatan yang terdapat di rotor tidak

terbebani terlalu besar akibat gangguan 1 fasa ke

tanah di fasa S, tetapi sebaliknya dengan

mempergunakan pentanahan 40 Ohm seperti

terlihat pada tabel 2 mesin akan terbebani

sebesar 1056,9 kW. Hal ini penguatan rotor

mengeluarkan daya aktif terlalu besar yang

dapat merusak gulungan dan pada saat terjadi

gangguan rotor dapat berhenti, tetapi mesin

penggerak mula (PLTD) tetap berjalan, hal

inilah mesin diesel dapat patah pistonnya atau

bearingnya terbawa keatas, selanjutnya dapat

merusak mesin tersebut.

A B

C

IV.

KESIMPULAN

1. Pentanahan yang mempergunakan

tahanan 40 Ohm, tidak cocok

dipergunakan untuk Pembangkitan

yang mempunyai daya kecil, tetapi

baik untuk pasokan daya yang

mempunyai daya besar.

2.

Pentanahan yang mempergunakan

tahanan 500 Ohm, baik untuk

Pembangkitan yang mempunyai dayakecil, jika terjadi gangguan 1 fasa –

ketanah daya terserap masih lebih

kecil daya generator. Hal ini tidak

merusak generator dan GFR dapat

merespon adanya gangguan.

3.

SPLN No 2 tahun 1978 dan

SPLN no 12 tahun 1980 perlu

dikaji ulang, supaya Unit-unit PLN

yang mempunyai PLTD kecil

mempunyai pegangan untuk tahanan

pentanahan netral.



5/12



Proteksi 24 Juli 03

2.

Alstom; Protective Relays Application

Guide 1995

3.

John j. Grainger, Wiiliam D. Stevenson JR;

Power system Analysis 1994

4.

Ir. H. Komari dan Pribadi Kadarisman

makalah: Kegagalan Proteksi sistem

Distribusi 1998

BUKU PUSTAKA

1. Standar PLN No 88 tahun 1991 SPLN No 2

tahun 1978 dan SPLN no 12 tahun

1980

5.

Pribadi Kadarisman dan Wahyudi

Sarimun.N makalah: keandalan sistem

distribusi primer 20 KV dengan cara

penyetelan OCR dan GFR pada incoming

dan Outgoing feeder mempergunakan

program sederhana excel, 2003



6/12



Proteksi 24 Juli 03


LAMPIRAN

TINJAUAN KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA BERBAGAI MACAM PENTANAHAN

SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Gangguan satu fasa ketanah secara statistik diketahui yang paling banyak terjadi pada jaringan dengan

konduktor terbuka yang digelar di alam bebas. Penyebab gangguan itu bisa karena sambaran petir yang

diiukuti dengan power follow current, tersentuh dahan pohon, binatang dan lain-lain.

Pengamanan terhadap gangguan satu fasa ketanah tentunya menjadi perhatian bagi Perusahaan Listrik,mengingat kemungkinan kejadiannya menjadi yang terbesar.

Besar arus gangguan tanah menjadi tergantung dari sistem pentanahan netralnya. Tegangan fasa yang

sehat perlu pula menjadi tinjauan untuk diperhitungkan terhadap kekuatan isolasi peralatan instalasi

penyaluran maupun peralatan instalasi konsumen. Disamping itu perlu pula diperhatikan pengaruh besar

arus gangguan satu fasa ketanah terhadap mesin kecil-kecil yang memasok jaringan Distribusi TM untuk

masing-masing sistem pentanahan netralnya.

Penjelasan macam-macam pentanahan yang terpasang pada sistem Tenaga Listrik dapat dilihat dibawah

ini:

1. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN DAN POWER PADA NETRAL MENGAMBANG

(FLOATING) SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH

Pada suatu sistem kelistrikan dengan Netral mengambang, arus gangguan satu fasa ketanah di titik

gangguan mengalir arus kapasitif fasa yang sehat dari jaringan untuk kembali ke sumbernya. Arus

kapasitif ini tidak hanya dari kapasitansi penyulang yang terganggu tetapi juga dari kapasitansi

penyulang yang sehat, dan besarnya tidak tergantung dari lokasi gangguan.

Karenanya, arus kapasitif ini tidak bisa dipakai untuk mengerjakan Relai gangguan tanah secara

selektif memisahkan penyulang yang terganggu dari sistem yang masih sehat, sehingga gangguan

tanah dicari dengan cara coba-coba. Untuk 1, 2 sampai 3 penyulang, dimana masing-masing

penyulang mempunyai nilai kapasitansi yang kecil saja, akan menghasilkan arus kapasitif di titik

gangguan tanah juga kecil saja yang akan clear dengan sendirinya bila terjadi gangguan tanah yang

sifatnya temporer. Dalam hal mencari penyulang yang terganggu satu fasa ketanah permanen di

jaringan dengan membuka PMT satu persatu penyulang masih tidak menjadi masalah. Tetapi kalau

sudah banyak penyulang yang tersambung pada satu bus, mungkin akan sebanyak jumlah penyulang

yang ada terpaksa dipadamkan hanya untuk mengetahui penyulang mana yang terganggu. Uraian

vektor arus kapasitf jaringan sewaktu gangguan satu fasa ketanah dapat dilihat pada gambar dibawah

ini :

C

VNG

VBG VCG

N

A,G

ICB

ICC

BCB

A

N VCNVBN

VAN

ICT

Gambar 2: Vektor tegangan dan arus saat gangguan tanahGambar 1: Vektor tegangan sistem kondisi normal


7/12



Proteksi 24 Juli 03

Dalam keadaan normal, dan dengan menganggap kapasitansi tiap fasa dari jaringan sama besar,

maka besar tegangan tiap fasanya ketanah sama dengan besar tegangan tiap fasa ke Netral, danvektor tegangan sistem VAN, VBN, VCN dapat dilihat seperti pada gambar 1.

Dalam keadaan gangguan satu fasa ketanah (misalnya fasa A), maka potensial fasa A akan berimpit

dengan tanah (G) sekaligus kapasitansi jaringan fasa A terhubung singkat ketanah oleh gangguan

tersebut, sehingga tegangan N (netral), fasa B dan fasa C terhadap tanah akan naik seperti digam-

barkan sebagai V NG, VBG, VCG di gambar 2. pada kondisi ini terlihat bahwa tegangan fasa yang sehat

(fasa B dan fasa C) naik sebesar √3 kali tegangan Eph. Hal inilah yang mengharuskan kelas isolasidari peralatan instalasi berpegang kepada tegangan fasa-fasa. Belum lagi akibat arus kapasitif yang

mengalir di titik gangguan, jumlah penyulang yang banyak dan panjang akan menghasilkan arus

kapasitif total cukup besar, gangguan satu fasa ketanah yang ter-putus-putus (arc), sementara

tegangan fasa sehat yang masih bertahan sebesar √3 terhadap tanah, maka sewaktu sinusoidal aruskapasitif yang mengalir di fasa A sedang berada pada level nol, se-olah-olah fasa A terlepas

hubungannya dari tanah, pada saat yang singkat itu tegangan fasa A seperti terlempar berputar

dengan garis sumbu yang menyinggung titik tegangan fasa B dan fasa C. Naiknya tegangan fasa A

dengan cara demikian, membuat fasa A di titik gangguan terpukul arc kembali (restricking) dan

kejadian ini berulang pada setiap siklus sinusoidal arus gangguan kapasitif di fasa A. Peristiwa ini

biasa disebut dengan arcing ground dimana tegangan fasa yang terganggu ke tanah sesaat dan

berulang kali bisa naik sampai 3xEph yang membahayakan isolasi peralatan instalasi.

B C

VNG

VBG VCG

N

A,G

VAG

N

A

ICT

ICB

ICC

Sumbu putar

Gambar 3: Vektor tegangan saat sinusoidal arus kapasitif melalui nol

pada kejadian arcing ground

Kalau panjang jaringan distribusi TM tidak terlalu panjang, arus gangguan kapasitif sewaktu

gangguan satu fasa ketanah temporer tidak terlalu besar (beberapa amper saja), maka gangguan

tanah tersebut dapat clear sendiri tanpa harus ada pemutusan penyulang, sedangkan untuk gangguan

satu fasa ketanah yang permanen, maka sistem penyaluran distribusi masih dapat berjalan selamagangguan satu fasa ketanah terjadi sementara konsumen tidak merasakan adanya gangguan tanah

tersebut. Kalau gangguan tanah itu terjadi akibat kawat fasa putus jatuh ketanah, maka selama



8/12



Proteksi 24 Juli 03

kawat fasa itu tidak diangkat oleh manusia, tidak menjadi masalah, tetapi bila kawat fasa tersebut

diangkat oleh manusia sehingga terlepas hubungannya dengan tanah, maka kawat fasa itu akan

kembali bertegangan yang membahayakan manusia.

Penyelesaian masalah diatas adalah dengan memasang Relai Tegangan Lebih gangguan tanah di

Bus TM yang mentripkan semua Penyulang (untuk jumlah penyulang yang tidak terlalu banyak),

kemudian gangguan tanah dicari pada satu persatu penyulang.

Gangguan tanah yang terjadi tidak menyerap Power dari Generator, karena arus gangguannyaadalah arus kapasitif.

2. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA SISTEM PENTANAHAN NETRAL MELALUITAHANAN SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Dalam usaha mengurangi kemungkinan terjadinya cross country fault pada sistem dengan netral

mengambang atau pentanahan netral melalui Peterson Coil, gangguan tanah yang pertama kali

terjadi didalam sistem perlu di clear kan oleh Relai Gangguan Tanah.

Untuk jaringan distribusi yang sudah luas dan terdiri dari banyak penyulang, Relai pengamannya

harus bekerja selektif, selain pemisahan bagian yang terganggu ketanah di clear kan dengan cepat.

Untuk itu diperlukan Relai pengaman yang mampu mendeteksi dan menseleksi arus gangguan tanah

yang mengalir ke bagian yang terganggu saja. Kebutuhan ini dipenuhi, diantaranya dengan arus

yang dihasilkan oleh sistem pentanahan Netral melalui Tahanan.

Dalam Standar PLN No 88. th 1991, mengenai pentanahan Netral pada sistem Distribusi 20 kV,

telah diatur besar nilai Tahanan yang digunakan. Yaitu dengan nilai 40 Ohm dan 500 Ohm untuk

jaringan SUTM, dan 12 Ohm untuk jaringan SKTM. Dalam operasinya, nilai Tahanan yang banyak

digunakan / dianut oleh PLN Unit di Jakarta, Jawa Barat sampai ke PLN Unit diluar Jawa adalahnilai Tahanan Pentanahan Netral sebesar 40 Ohm.

Pada awal mula ditetapkannya angka 40 Ohm (tahun 70 an) berdasarkan pembatasan besar arus

gangguan tanah yang tidak lebih besar atau paling besar sama dengan arus nominal Trafo Daya di

Gardu Induk yang memasok jaringan Distribusi, yaitu untuk kapasitas Trafo Daya sebesar 10 MVA

(rating rata-rata Trafo Daya terpasang di Instalasi PLN Jawa pada waktu itu), dimana relai gangguan

tanah yang digunakan cukup dengan Relai Arus Lebih biasa dan karena besar arus gangguan tanah

hampir sama besar untuk gangguan tanah disepanjang jaringan, karakteristik Relai Gangguan tanah

ini dipilih dari jenis Definite time. Sedang nilai Pentanahan Netral melalui 500 Ohm dengan Relai

Gangguan Tanah dari jenis Directonal Ground Relay boleh dikatakan sepenuhnya mengadopt dari

pentanahan dan pengamanan sistem distribusi Jepang; dan Pentanahan Netral melalui 12 Ohm

dimaksudkan agar arus resistif gangguan tanah lebih besar dari arus gangguan tanah kapasitif pada

jaringan kabel.Uraian arus dan tegangan saat gangguan tanah yang akan ditinjau pada kesempatan ini adalah untuk

sistem dengan pentanahan Netral 20 kV melalui Tahanan 40 Ohm yang banyak diterapkan pada

sebagian besar sistem distribusi di PLN, baik di Jawa maupun di luar Jawa, walaupun kapasitas

pembangkitannya lebih kecil dari 10 MVA (nilai daya yang dipakai sebagai dasar penetapan nilai

tahanan pentanahan 40 Ohm)

Untuk sistem Distribusi di Jawa dan beberapa wilayah yang sumbernya sudah besar, uraian vektor

tegangan dalam keadaan normal dapat dilihat pada gambar 6 dan uraian vektor tegangan dan arus

saat gangguan tanah dapat dilihat pada gambar 7. Besar daya unbalance (komponen watt) yang

diserap dari sumber pembangkit tidak terlalu berarti bagi mesin yang memang sudah besar tadi.

C

N VCNVBN

VAN

B


C

VNA

VBG VCG

N

B

ICC


9/12



Proteksi 24 Juli 03

Kondisi normal, bentuk vektor tegangan masih seimbang seperti terlihat pada gambar 6. Pada

kondisi gangguan satu fasa ketanah, segitiga tegangan menjadi sedikit tergeser. Arus gangguan satu

fasa ketanah tidak murni resistif, komponen reaktif jaringan yang membuat pergeseran ini.

Tegangan Netral terhadap tanah (V NG) dibentuk oleh tegangan drop di Tahanan pentanahan,

sementara tegangan antara terminal fasa A dan tanah dibentuk akibat arus balik yang membuat drop

tegangan pada reaktansi jaringan (yang dinilai dominan reaktansi dari pada resistansi), sehinggavektor tegangan ini dapat digambarkan seperti pada gambar 7.

Pergeseran segitiga tegangan ini, diperkirakan tidak terasa disisi konsumen, begitu juga kedip

tegangan akibat terjadinya gangguan tanah di jaringan distribusi 20 kV.

Tetapi pergeseran segitiga tegangan ini akan berbeda bila terjadi pada jaringan yang dipasok oleh

sistem dengan pembangkit-pembangkit skala kecil dimana reaktansi jaringan termasuk reaktansi

Trafo daya mempunyai nilai yang tidak bisa diabaikan terhadap nilai tahanan pentanahan.

C

VNA

VBG VCGN

A

B

ICC

ICB

ICT

G

Gambar 8: Vektor tegangan dan arus saat gangguan tanah pada sistem

dengan pasokan mesin/generator kecil

Gangguan tanah di suatu titik di jaringan dapat menggeser segitiga tegangan menjadi tidak simetris

lagi, terutama dirasakan pada sisi hilir jaringan yang kira-kira seperti gambar 8. Kalau kondisi

demikian itu terjadi maka dapat dilihat bahwa tegangan salah satu fasa (yang leading terhadap fasa

terganggu, dalam hal ini ECG) akan naik lebih besar dari √3 kali Eph dan akan membuat :

1. Stress over voltage pada seluruh isolator di fasa tersebut di sepanjang jaringan

2. Arus gangguan tanah yang mengalir di Tahanan pentanahan (NGR) menarik unbalance power (watt)

dari Generator yang kemungkinan lebih besar dari kapasitas per fasanya.

Pada pemahaman awal dalam pemilihan sistem pentanahan Tahanan, akibat nomor 1 masih dapat

ditahan selama Relai Gangguan Tanah bekerja cepat, sehingga stress voltage pada isolator segera

hilang, tetapi dalam operasi penerapan sistem pentanahan ini, akibat nomor 2 sudah menjadi keluhan bagi unit-unit PLN yang hanya mempunyai pembangkit skala kecil (PLTD). Kejutan sesaat arus



10/12



Proteksi 24 Juli 03

komponen Watt yang unbalance diperkirakan menghasilkan kejutan unbalance pula di poros mesin.

Selanjutnya dilaporkan terjadi kerusakan disekitar poros mesin (crank shaft atau bearing).

Dari keluhan ini, perlu kiranya meninjau kembali ketetapan/SPLN yang mengatur pentanahan Netral

sitem 20 kV (Distribusi TM) khususnya untuk sistem yang dipasok oleh pembangkit skala kecil,

untuk menghindari kerusakan mesin akibat gangguan satu fasa ketanah di jaringan.

3. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA SISTEM PENTANAHAN NETRAL MELALUIPETERSON COIL SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Permasalahan arcing ground pada sistem Netral mengambang akibat arus kapasitif yang cukup besar

ditanggulangi dengan mengkompensir arus gangguan kapasitif tersebut dengan arus induktif yang

besarnya diatur hampir sebesar arus kapasitif. Hasilnya adalah bahwa resultante arus gangguan tanah

di titik gangguan kembali menjadi kecil sehingga bila terjadi gangguan tanah temporer di mana saja

di jaringan dapat clear dengan sendirinya tanpa ada pemutusan aliran daya ke konsumen. Konsumen

di sisi Tegangan rendah tidak merasakan adanya gangguan yang terjadi di jaringan TM (hubungan

tafo Distribusi adalah ∆Y, sehingga tegangan kedip tidak dirasakan oleh konsumen. Arus induktifyang dipakai untuk mengkompensir arus gangguan kapasitif itu diperoleh dengan memasang

induktor antara titik Netral dan tanah, sehingga terbentuklah pentanahan Netral melalui reaktor

dengan nilai reaktansi tertentu yang dapat di tune mendekati nilai reaktansi kapasitif jaringan,

reaktor tersebut biasa disebut Peterson Coil. Uraian Vektor Arus dan Tegangan sistem dalam

keadaan normal dan kondisi terjadi gangguan satu fasa ketanah dapat dilihat pada gambar 4 dan 5

berikut dibawah ini.

Seperti halnya uraian vektor tegangan dan arus pada sistem Netral mengambang, pada kondisi

normal tagangan sistem tiap fasanya seimbang (selama nilai kapasitansi jaringan ketanah seimbang

pada tiap fasanya) dan vektor tegangan ini ditunjukkan pada gambar 4. Pada kondisi gangguan satu

fasa (A) ketanah, arus kapasitif pada uraian vektor arus pada sistem Netral mengambang

dikompensir oleh arus induktif IL sehingga di titik gangguan tanah arus kapasitif jaringan dan arus

induktif dari sistem pentanahan netral saling menjumlahkan. Karena vektor arus kapasitif dan arus

induktif berbeda fasa 180

, maka besar arus gangguan tanah di titik gangguan tanah menjadi saling

mengurangi dan menjadi kecil. Mengingat resonansi pada frekwensi dasar antara Induktansi

kumparan Peterson dan kapasitansi jaringan jangan sampai terjadi, yang maksudnya untuk

menghindari impedansi maksimum yang bisa menyebabkan terjadinya tegangan lebih, maka nilai

induktansi L di set agak sedikit bersifat kompensasi lebih atau kompensasi kurang.

Untuk tetap menjaga agar arus gangguan tanah selalu kecil sehingga tidak terjadi Arcing Ground,

pe-ngembangan jaringan distribusi akibat bertambah luasnya daerah pelayanan yang memberikonsekwensi bertambah besarnya arus kapasitif sewaktu gangguan satu fasa ketanah, maka setelan

nilai reaktansi Peterson Coil perlu selalu diperiksa apakah masih sesuai dengan nilai reaktansi

C C

VNG

VBG VCG

N

A,G

I LL

ICB

ICC

BB

N VCNVBN

VAN

ICTA

Gambar 4: Vektor tegangan sistem

kondisi normal

Gambar 5: Vektor tegangan dan arus

saat gangguan tanah



11/12



Proteksi 24 Juli 03

kapasitif jaringan. Jadi diperlukan personil (engineer) yang selalu mengikuti perkembangan

jaringan agar keandalan sistem penyaluran distribusi tetap terjaga dengan baik.

Bila gangguan tanah yang terjadi adalah gangguan tanah permanen, maka sistem dapat berjalan

terus tanpa pemutusan bagian yang terganggu itu. Pada kondisi ini konduktor fasa yang terganggu

ketanah tetap berpotensial nol terhadap tanah, sementara naiknya tegangan dua fasa yang sehat

terhadap tanah sebesar √3 kali Eph (sebesar Eph-ph) tetap bertahan selama gangguan tanah pertama

tadi belum di clearkan. Stress tegangan lebih yang bertahan dalam waktu lama dapatmembahayakan isolator di sepanjang jaringan. Pada kondisi terakhir ini, kemungkinan isolator

terlemah didalam jaringan dapat tembus tegangan dan membentuk gangguan tanah baru, sehingga

terjadilah gangguan dua fasa ketanah yang terdiri dari dua gangguan tanah ditempat yang berbeda.

Kejadian ini biasa disebut cross country fault.

Bila kejadian cross country fault didalam sistem cukup besar kemungkinannya, maka gangguan

tanah yang pertama harus dapat segera di clear kan, agar tidak terjadi gangguan tanah kedua.

4. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA SISTEM PENTANAHAN NETRAL LANGSUNG

(SOLID) SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Usaha lain yang dapat membuat Relai Gangguan Tanah bekerja pasti adalah dengan menerapkan

pentanahan Netral langsung (solidly grounded). Dari logikanya, jelas mudah dipahami bahwa arus

gangguan satu fasa ketanah akan sangat besar sekali, mungkin sama besar dengan arus gangguan

tiga fasa, bahkan bisa lebih besar pada lokasi gangguan tanah tertentu, arus gangguan tanah yang

besar inilah yang memberikan kepastian pada kerja Relai Gangguan Tanah. Walaupun demikian

arus gangguan tanah ini hanya mempunyai komponen Watt yang kecil saja, selebihnya yang besar

adalah komponen VAR. Sehingga tidak banyak berpengaruh terhadap daya di poros mesin, tetapi

besar pengaruhnya terhadap peralatan pengatur tegangan otomatis (AVR) pada penguat medan di

Generator.

Pentanahan Netral langsung ini banyak diterapkan di sistem Distribusi TM di Amerika, sementara di

Indonesia, yang menganut sistem pentanahan seperti ini adalah di sistem Distribusi TM di Jawa

Tengah yang memang meng adopt pentanahan Netral TM sistem di Amerika. Hal ini disebabkan

oleh karena PLN menyerahkan sepenuhnya kepada standar yang digunakan konsultan dari Amerika pada awal pembangunannya dulu. Pentanahan ini kemudian ditetapkan dalam SPLN No 88 tahun

1991.

Dalam operasinya, ternyata sistem pentanahan netral langsung tidak dikembangkan kedaerah lain.

Dengan sistem pentanahan netral langsung memungkinkan jaringan dibebani dengan Trafo

Distribusi satu fasa, dari hal ini diketahui bahwa ketidak seimbangan beban akan besar

kemungkinannya terjadi, kawat netral menjadi teraliri arus dan selanjutnya bisa mengakibatkan

pergeseran tegangan kawat netral setelah arus beban mengalir sampai jarak tertentu. Untuk

menghindari hal ini, maka pada jaringan kawat netral perlu untuk ditanahkan lagi dibanyak titik

dengan nilai tahanan pentanahan yang rendah. Tambahan persyaratan ini sering tidak bisa dipenuhi

PLN, dan dianggap menyulitkan baik sewaktu pembangunan jaringan baru atau

menjaga/memelihara sistem pentanahan kawat netral yang sudah ada. Karena sulitnya, sampai data

kondisi pentanahan kawat netral jaringan boleh dikatakan tidak ada. Sehingga mutu tegangan pelayanan ke konsumen menjadi sulit untuk dinyatakan persentase pergeseran tiap fasa terhadap

nilai nominalnya.

Tinjauan diatas adalah untuk jaringan distribusi dalam kondisi tidak ada gangguan hubung singkat.

Pada kondisi gangguan satu fasa ketanah (jenis gangguan yang cukup sering frekwensinya) akan

jelas diketahui bahwa tegangan fasa yang terganggu akan mengalami kedip sampai tinggal beberapa

persen saja dari nilai nominalnya. Hal ini juga sudah menjadi keluhan konsumen apalagi dengan

frekwensi gangguan yang cukup tinggi. Dengan alasan inilah, kemungkinan PLN tidak lagi

mengembangkan sistem pentanahan Netral langsung di tempat lain, jadi hanya di PLN Distribusi

Jawa Tengah.

CB

A

N VCNVBN

VAN

VAGA

VA’G

VB’G

B

IFGVC’G

N,G

C



12/12



Proteksi 24 Juli 03

Untuk melihat berapa besar pengaruh pergeseran vektor tegangan dan arus pada sistem pentanahan

netral langsung sewaktu gangguan satu fasa ketanah (sebelum ditripkan oleh Relai gangguan tanah),

berikut dapat dilihat kemungkinan pergeseran tersebut.

Karena netral sistem ditanahkan langsung ke tanah, dan bila terjadi gangguan satu fasa ketanah

(misalnya di fasa A) dengan tahanan gangguan sebesar 0 Ω, maka potensial titik gangguan tanahakan berimpit dengan netral sistem.

Arus gangguan tentunya akan membentuk sudut terhadap tegangan fasa terganggu (A) sebesar sudutline (antara 70° s/d 80 °), sehingga posisi tegangan terminal fasa terganggu disisi sumber akan bergeser sedikit dari titik netral, artinya tidak berimpit dengan titik netral sistem akibat adanya nilai

reaktansi sumber dan impedansi line.


2.Pembumian Netral Sistem

Documents

Transcript of 2.Pembumian Netral Sistem