Sistem Pentanahan

Simon Patabang, ST., MT.

Fakultas Teknik

Jurusan Teknik Elektro

Universitas Atma Jaya Makassar

Sistem Pentanahan

• Sistem pentanahan atau grounding system adalah sistempengamanan terhadap perangkat-perangkat yangmempergunakan listrik sebagai sumber tenaga dari lonjakanarus listrik. Misalnya lonjakan akibat petir.

• Sistem pentanahan digambarkan sebagai hubungan antarasuatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi.

• Dengan adanya sistem pentanahan maka keandalan sistemuntuk pemanfaatkan daya listrik dapat terjamin dengan baik.

Sistem pentanahan ada 2 macam yaitu :

1. Sistem Pentanahan Titik Netral (Netral Grounding System )2. Sistem Pentanahan Peralatan (Grounding Equipment )

Tujuan Sistem Pentanahan

1. Membatasi besarnya tegangan terhadap bumi agarberada dalam batasan yang diperbolehkan.

2. Menyediakan jalur bagi aliran arus yang dapatmemberikan deteksi terjadinya hubungan yangtidak dikehendaki antara konduktor/penghantardan bumi. Deteksi ini akan mengakibatkanberoperasinya peralatan otomatis yangmemutuskan suplai tegangan dari konduktortersebut.

A. Sistem Pentanahan Titik Netral

Tujuan :

• Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatusistem.

• Membatasi tegangan pada fasa yang tidak terganggu(pada fasa yang sehat).

• Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanandalam penyaluran tenaga listrik.

• Mengurangi/membatasi tegangan lebih transientyang disebabkan oleh penyalaan bunga api yangberulang-ulang (restrike ground fault).

• Memudahkan dalam menentukan sistem proteksiserta memudahkan dalam menentukan lokasigangguan.

Metoda Pentanahan Titik Netral

1. Pentanahan langsung (effective grounding)

2. Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)

3. Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)

4. Pentanahan melalui reaktor yang impedansinyadapat berubah-ubah (resonant grounding) ataupentanahan dengan kumparan Petersen (PetersenCoil).

1. Pentanahan langsung/ effective Grounding (Pentanahan Titik Netral Tanpa Impedansi )

• Sistem pentanahan langsung adalah dimana titiknetrral sistem dihubungkan langsung dengan tanah,tanpa memasukkan harga suatu impedansi.

R

S

T

N

ZR

ZsZT

Rangkaian Pengganti Pentanahan Titik Netral TanpaImpedansi (Pentanahan Langsung )

• Keuntungan :– Tegangan lebih pada phasa-phasa yang tidak

terganggu relatif kecil– Kerja pemutus daya untuk melokalisir lokasi

gangguan dapat dipermudah, sehingga letakgangguan cepat diketahui

– Sederhana dan murah dari segi pemasangan

• Kerugian :– setiap gangguan phasa ke tanah selalu

mengakibatkan terputusnya daya– arus gangguan ke tanah besar, sehingga akan

dapat membahayakan makhluk hidup didekatnya dan kerusakan peralatan listrik yangdilaluinya

2. Pentanahan Titik Netral Melalui Tahanan(Resistance Grounding)

• Titik netral sistem dihubungkan dengan tanahmelalui sebuah tahanan (resistor).

Gambar Rangkaian Pengganti Pentanahan Titik Netralmelalui Tahanan

Grounding Resistor

R

S

T

Secara umum harga tahanan yang ditetapkan pada hubung netral adalah

dimana : R = Tahanan ( Ohm )Ef = Tegangan fasa ke netralI = Arus beban penuh dalam Ampere dari

transformator.

R = Ohm

I

E f

- Keuntungan :

• Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil

• Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arusgangguan tanah kecil.

• Mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat arusgangguan yang melaluinya.

- Kerugian :

• Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahanselama terjadinya gangguan fasa ke tanah.

• Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaanrele pengaman menjadi berkurang dan lokasigangguan tidak cepat diketahui.

Besarnya tahanan pentanahan NGR (Netral GroundingResistor) pada sistem tenaga listrik (contohnya di PLNP3B Jawa Bali Region Jabar), adalah sebagai berikut :

Sistem 70 kV sebesar 62 Ohm

Sistem 20 kV sebesar 12 Ohm atau 42 Ohm.

1. Jenis pentanahan (Resistor) yang dipakai adalahjenis logam (metalic resistor) atau jenis cairan(liquid resistor)

Pentanahan Titik Netral Trafo Tenaga Dengan NGR(Netral Grounding Resistor)

Fungsi NGR :

Untuk menghambat ataumembatasi arus hubungsingkat satu fasa ke tanah,sehingga nilainya lebihkecil dari arus NominalTrafo.

NGR (Netral Grounding Resistor)

Keuntungan & Kerugian Pentanahan Dengan NGR

Keuntungan :– Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil– Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus

gangguan tanah kecil.– Mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat

arus gangguan yang melaluinya.

Kerugian :– Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan

pentanahan selama terjadinya gangguanfasa ke tanah.

– Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil,kepekaan rele pengaman menjadi berkurang danlokasi gangguan tidak cepat diketahui.

Pentanahan Titik Netral Melalui Kumparan Petersen

• Sistem pentanahan dengan kumparan Petersenadalah dimana titik netral dihubungkan ke tanahmelalui kumparan Petersen (Petersen Coil).

• Kumparan Petersen mempunyai harga reaktansi (XL)yang dapat diatur dengan menggunakan Tap.

Contoh Pemasangan Pentanahan Titik Netral dengan Kumparan Petersen

TRAFOTENAGA

Sistem tegangan 70 kV

Sistem tegangan 30 kV

RESISTOR KumparanPetersen

Rangkaian pengganti pentanahan titik netral dengan kumparan petersen

KumparanPetersen

R

S

T

- Keuntungan :

Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbaha-ya bagi mahluk hidup. Kerusakan peralatan sistem dimana arus gangguan

mengalir dapat dihindari. Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gang-

guan fasa ke tanah. Gejala busur api dapat dihilangkan.

- Kerugian : Rele gangguan tanah (ground fault relay) tidak bisa

bekerja 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.

Transformator Pentanahan

• Bila pada suatu sistem tenaga listrik tidak terdapattitik netral, sedangkan sistem itu harusdiketanahkan, maka sistem itu dapat ditanahkandengan menambahkan “Transformator Pentanahan”(grounding transformer).

• Transformator pentanahan itu dapat terdiri daritransformator Zig-zag atau transformator bintang-segitiga (Y-Δ).

• Trafo pentanahan yang paling umum digunakanadalah transformator zig-zag tanpa belitansekunder.

Contoh gambar pemasangan Trafo Pentanahan

TRAFO PENTANAHAN

Sistem tegangan 70 kV

RESISTOR

TRAFO DAYA

Penetapan Sistem Pentanahan di Indonesia

• Sistem 150 KV

Pentanahan netral sistem 150 KV beserta pengamannya ditetapkan sebagai berikut:

1. Pentanahan netral untuk sistem 150 KVadalah pentanahan efektif (Pentanahanlangsung).

2. Pengaman sistem dilaksanakan denganpemutus cepat dan penutup cepat

Sistem 66 KV

Pentanahan netral sistem ini beserta pengaman-nya ditetapkan sebagai berikut:

1. Pentanahan netral untuk sistem 66 KV adalahpentanahan dengan tahanan

2. Pengamanan sistem dilaksanakan denganpemutus cepat dan penutup cepat

Sistem 20 KV

Pentanahan netral sistem 20 KV beserta pengamannya ditetapkan sebagai berikut :

1. Pentanahan netral untuk sistem 20 KV adalah pentanahandengan tahanan.Pengaman Sistem Dilaksanakan Sebagai Berikut :a. Bagi saluran udara maupun saluran dalam tanah dipakai

pemutus dengan rele arus lebih untuk gangguan hubungsingkat fasa ke fasa dan rele tanah untuk gangguanhubung singkat fasa ke tanah. Pada gardu distribusidipasang penunjuk gangguan.

b. Bagi saluran udara dipakai pula penutup cepat ataulambat, sedang bagi saluran dalam tanah tidak dipakaipenutup kembali.

Ketetapan SPLN 26:1980 mengenai besar tahananpentanahan sebagai berikut :

• Tahanan rendah 12 ohm dan arus gangguantanah maksimum 1000 ampere dipakai padajaringan kabel tanah

• Tahanan rendah 40 ohm dan arus gangguanmaksimum 300 ampere dipakai pada jaringansaluran udara dan campuran saluran udaradengan kabel tanah

• Tahanan tinggi 500 ohm dan arus gangguanmaksimum 25 ampere dipakai pada saluran udara

B. Sistem Pentanahan Peralatan (Grounding Equipment )

Pengertian Pentanahan Peralatan

Pentanahan peralatan adalah pentanahan yangmenghubungkan body/ kerangka/ bagian dariperalatan listrik terhadap titik ground (tanah).

Pentanahan ini pada kerja normal tidak dilalui arus.

Contoh Pemasangan Pentanahan Peralatan

TRAFO DAYA

PentanahanPeralatan

Bagian-bagian yang Ditanahkan

1. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam(menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuhmanusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yangmudah disentuh manusia selalu sama denganpotensial tanah (bumi) tempat manusia berpijaksehingga tidak berbahaya bagi manusia yangmenyentuhnya.

2. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah)dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agarlightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitumembuang muatan listrik yang diterimanya dari petirke tanah (bumi) dengan lancar.

3. Kawat petir yang ada pada bagian atas salurantransmisi. Kawat petir ini sesungguhnya jugaberfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknyayang ada di sepanjang saluran transmisi, makasemua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agarpetir yang menyambar kawat petir dapat disalurkanke tanah dengan lancar melalui kaki tiang salurantransmisi.

4. Titik netral dari transformator atau titik netral darigenerator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengankeperluan proteksi khususnya yang menyangkutgangguan hubung tanah.

Tujuan pentanahan peralatan adalah sebagai berikut :

1. Untuk mencegah terjadinya tegangan kejutlistrik yang berbahaya bagi manusia.

2. Untuk memungkinkan timbulnya arus tertentubaik besarnya maupun lamanya dalam keadaangangguan tanah tanpa menimbulkan kebakaranatau ledakan pada bangunan atau isinya.

3. Untuk menambah kemampuan (performance)dari sistem.

Tahanan Pentanahan

Adalah besarnya tahanan pada kontak/ hubung antara masa (body) dengan tanah.

Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya pentanahan :

• Tahanan jenis tanah

• Panjang elektroda pentanahan

• Luas penampang elektroda pentanahan

Harga pentanahan makin kecil makin baik. Untukperlindungan personil dan peralatan perlu diusahakantahanan pentanahan lebih kecil dari 1 Ohm.

Untuk memahami mengapa tahanan pentanahan harus rendah, dapat digunakan hukum Ohm yaitu:

dimana :

E = tegangan (volt)

I = Arus (ampere)

R = Tahanan (ohm)

Badanmotor

Gangguan

Motor Listrik

20 ohm

4 ohm

Sumber 415 volt, 240 volt terhadap tanah

Bagian logamyang diketa-nahkan

Tahanan ke tanah yang sebenarnya

Contoh/ Ilustrasi Gangguan pada tahanan pentanahan yang tinggi.

• Jika ada kontak yang tidak disengaja antara bagian-bagian yang dilalui arus dengan kerangka metal dariperalatan, maka kerangka metal itu menjadibertegangan yang sama dengan tegangan peralatan.

• Untuk mencegah terjadinya tegangan kejut yangberbahaya maka kerangka peralatan metal peralatantersebut harus dihubungkan ke tanah melaluiimpedansi yang rendah.

Pengaruh Tahanan Pentanahan yang Besar TerhadapSistem Tenaga Listrik

1. Mengurangi tegangan pada puncak tiang

2. Mengurangi tegangan pada kawat penghantar

3. Mengurangi tegangan pada isolator

4. Mengurangi gangguan sampai beberapa gawang

5. Mengurangi waktu berlangsungnya teganganmerusak (Break Down voltage).

Macam-Macam Elektroda Pentanahan

Pada dasarnya terdapat tiga macam elektroda pentanahanyaitu :

– Elektroda Pita, berupa pita atau kawat berpenampangbulat yang ditanam di dalam tanah. Pada umumnyapenanamannya tidak terlalu dalam. (0,5 s/d 1 meter)dan caranya ada bermacam-macam.

Macam-macam penanaman elektroda pita

Bentuk Radial Bentuk Grid Bentuk Lingkaran

• Elektroda Batang, berupa batang yang ditanam tegaklurus dalam tanah

Untuk membuat agar tahanan pentanahan cukup kecilmaka elektroda batang tersebut ditanam lebih dalamatau menggunakan beberapa batang elektroda.

• Elektroda pelat, berupa pelat yang ditanam tegaklurus dalam tanah seperti pada gambar

Cara Penanaman elektroda pelat

Metode/Cara Pentanahan

1. Pentanahan dengan Driven Ground.

– Adalah pentanahan yang dilakukan dengan caramenancapkan batang elektroda ke tanah.

Pentanahan dengan Driven Ground

2. Pentanahan Dengan Counter Poise

– Adalah pentanahan yang dilakukan dengan caramenanam kawat elektroda secara sejajar atau radialdengan jarak beberapa cm di bawah tanah. Standar SNIadalah 30 cm - 90 cm.

Pentanahan menara dengan counter poise

• Pentanahan dengan counter poise biasanyadigunakan apabila tahanan tanah terlalu tinggi dantidak dapat dikurangi dengan cara pentanahan drivenground.

3. Pentanahan Dengan Mesh atau Jala Adalah cara pentanahan dengan jalan memasang

kawat elektroda membujur dan melintang di bawahtanah, yang satu sama lain dihubungkan di setiaptempat sehingga membentuk jala (Mesh).

Sistem pentanahan Mesh biasanya dipasang digardu induk dengan tujuan untuk mendapatkanharga tahanan tanah yang sangat kecil (kurang dari 1ohm).

Gambar Pentanahan dengan mesh atau jala

Tahanan Jenis Tanah

JENIS TANAH TAHANAN JENIS TANAH (OHM M)

TANAH RAWA 30

TANAH LIAT DAN TANAH LADANG 100

PASIR BASAH 200

KERIKIL BASAH 500

PASIR DAN KERIKIL KERING 1,000

TANAH BERBATU 3,000

Pengukuran Tahanan Pentanahan

• Untuk mengukur tahanan pentanahandigunakan alat ukur megger tanah (EarthResistance Tester).

Sekian