Analisis Pemilihan Pentanahan Titik Netral Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro 2 x...

7/23/2019 Analisis Pemilihan Pentanahan Titik Netral Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro 2 x 4.4 Mw Nua

1/76

ANALISIS PEMILIHAN PENTANAHAN TITIK NETRAL

GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK

TENAGA MIKRO HIDRO 2 X 4,4 MW NUA AMBON

LAPORAN TUGAS AKHIR

Karya tulis sebagai salah satu syarat

Untuk memperoleh gelar Sarjana dari

Jurusan Teknik Elektro

Institut Teknologi Nasional Bandung

Oleh :

ASYER AGRISELIUS

NRP : 11-2009-049

(Program Studi Teknik Elektro)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

INSTITUT TEKNOLOGI NASIONAL BANDUNG

2014


2/76

ABSTRAK

ANALISIS PEMILIHAN PENTANAHAN NETRAL GENERATOR

PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO HIDRO 2 X 4,4

MW NUA AMBON

Oleh

Asyer Agriselius

NRP : 112009049


Abstrak

Pentanahan titik netral generator pada pembangkit tenaga listrik sangat penting

dalam penyaluran daya listrik, karena itu diperlukan perhitungan dan perancangan agar

generator dapat terproteksi jika terjadi gangguan hubung singkat ke tanah. Dalam

penelitian ini, generator dengan kapasitas 2 x 4,4 MW akan dibahas mengenai

gangguan hubung singkat 3 phasa ke tanah, gangguan hubung singkat 1 phasa ke tanah,

pemilihan metoda pentanahan titik netral generator, perhitungan tegangan sentuh dan

perhitungan tegangan langkah. Dimana jenis pentanahan yang dipilih adalah

pentanahan dengan tahanan yaitu 72 , sedangkan model pentanahan yang dipilih

untuk pengamanan area pembangkit adalah pentanahan menggunakan grid dengan

jumlah batang konduktor yang terpasang = 12 batang, sehingga diperoleh Es

sebenarnya = 225,3 Volt lebih kecil dari nilai Es yang diizinkan = 730,5 Volt dan El

yang sebenarnya = 102,6 Volt lebih kecil dari nilai El yang diizinkan = 2429,7 Volt.

Dengan demikian design pentanahan yang dilakukan telah memenuhi persyaratan.

Pembahasan ini berdasarkan perhitungan dan simulasi menggunakan batasan-batasan

yang terdapat dalam teori.

Kata kunci: Pentanahan, Generator 2 x 4,4 MW, Gangguan Hubung Singkat, Es, El,

Sistem Grid, Konduktor


3/76

ABSTRACT

ELECTION ANALYSIS OF NEUTRAL GROUNDING POWER

GENERATOR WITH MICRO HYDRO 2 X 4.4 MW NUA AMBON

By

Asyer Agriselius

NRP: 112009049

(Study Program of Electrical Engineering)

Abstract

Generator neutral grounding point on the power plant is very important in the distribution

of electrical power, because it is necessary calculations and design so that the generator can

be protected in the event of a short circuit fault to ground. In this study, a generator with a

capacity of 2 x 4.4 MW will be discussed about 3 phase short circuit fault to ground, short

circuit interruption 1 phase to ground, the selection method of grounding the generator

neutral point, the calculation of touch voltage and step voltage calculation. Wheregrounding type chosen is grounded with a resistance that is 72 , while grounding the

model chosen for securing the grounding area using a grid generation is the number of

conductor bars are attached = 12 rods, in order to obtain the actual Es = 225.3 volts less

than the value of Es which allowed = 730.5 Volts and actual E l = 102.6 volts less than the

allowable value of El = 2429.7 Volt. Thus the grounding design has been undertaken to

meet the requirements. This discussion is based on calculations and simulations use

restrictions contained in the theory.

Keywords: Grounding, Generator 2 x 4.4 MW, Short-circuit Disorders, Es, El, Grid

Systems, Conductor


4/76

ANALISIS PEMILIHAN PENTANAHAN TITIK NETRAL

GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO

HIDRO

2 X 4,4 MW NUA AMBON

Oleh

Asyer Agriselius

NRP : 112009049


Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Nasional Bandung

Bandung, 27 Agustus 2014

Asyer Agriselius

NRP : 112009049

Menyetujui

Pembimbing I

___________________________(Syahrial, S.T., M.T.)

Pembimbing II

______________________

(Siti Saodah, S.T., M.T.)


5/76

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI

Skripsi S1 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan di LingkunganInstitut Teknologi Nasional Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa

hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang. Referensi kepustakaandiperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizinpengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya.

Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh skripsi haruslah seizin dari

Perpustakaan, Institut Teknologi Nasional Bandung.


6/76

Dengan ini, kami :

Nama : Asyer Agriselius

NRP : 112009049Menyatakan bahwa tugas akhir dengan judul :

ANALISIS PEMILIHAN PENTANAHAN TITIK NETRALGENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MIKRO

HIDRO

2 X 4,4 MW NUA AMBON

Sejauh pengetahuan kami merupakan hasil karya sendiri dan terbebas dari plagiatisme

manapun, dan diperuntukkan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana dari

Jurusan Teknik Elektro, Institut Teknologi Nasional, Bandung.Demikian pernyataan ini kami sampaikan dengan sebenarnya.


Yang membuat pernyataan

Asyer Agriselius

NRP : 112009049Mengetahui

Pembimbing I Pembimbing II

(Syahrial, S.T., M.T.) (Siti Saodah, S.T.,M.T.)


7/76

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-Nya,

akhirnya penulis bisa menyelesaikan laporan tugas akhir ini.

Penyusunan Tugas Akhir ini, dimaksudkan untuk memenuhi salah satu syarat dalam

menempuh studi perkuliahan program Strata Satu (S1) pada jurusan Teknik Elektro

Kosentrasi Teknik Energi Elektrik Fakultas Teknik Industri Institut Teknologi Nasional

Bandung, dengan judul: ANALISIS PEMILIHAN PENTANAHAN TITIK

NETRAL GENERATOR PADA PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA

MIKRO HIDRO 2 X 4,4 MW NUA AMBON.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penyusunan laporan Tugas Akhir ini

banyak kekurangan baik dalam pengumpulan data, tata cara penyusunan, pembahasan

masalah serta penyajiannya. Oleh karena itu dengan segala kerendahan hati penulis

menerima segala kritik dan saran yang membangun untuk dijadikan masukan.

Dalam penulisan Laporan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapatkan masukan

serta bantuan dari berbagai pihak, oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin

menyampaikan ucapan terima kasih yang setulusnya kepada :

1. Tuhan Yang Maha Esa, yang telah melancarkan jalan hingga bisa mengerjakan tugas

akhir ini dengan sehat walafiat.

2. Kedua orang tua tercinta dan adikku atas doa dan dukungannya baik materil maupun

berupa moril kepada penulis yang tak henti hentinya selama ini.

3. Bapak DR.Waluyo,MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Institut Teknologi

Nasional.

4. Bapak Syahrial, MT, Selaku Kepala Laboratorium Teknik Energi Elektrik dan selaku

pembimbing Tugas Akhir ini.

5. Ibu Siti Saodah, MT, selaku dosen pembimbing II.


8/76

6. Ibu Decy, MT, selaku Dosen Wali penulis pada Jurusan Teknik Elektro Institut

Teknologi Nasional.

7. Bapak Dadang, Bapak Jack, Bapak Yakub, Bapak Nanang Epen, Parman yang

banyak membantu dalam mengurus administrasi serta perlengkapannya di Jurusan

Teknik Elektro Itenas Bandung.

8. Anggota HME angkatan 2009, Kosim, Liput, Rian, Ashal, Rhamandita, Beni DJ,

Ario, Fitrah, Beni K, Iqbal, Kamal, Sandy, Semadi, Asma, Rara, uul, Jefri, Arthur

9. Anggota HME angkatan 2010, 2011, 2012, 2013

10. Age dan bang natalis yang banyak membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini.

11. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah membantu

dalam menyelesaikan penulisan laporan ini.

Penulis berharap laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi pihak yang

membutuhkan. Semoga Tuhan Yang Maha Esa senantiasa melimpahkan rahmat-Nya dan

menyertai semua pihak yang telah memberikan dorongan moril dan materil dalam

penyusunan laporan Tugas Akhir ini.


Penulis

Asyer Agriselius

NRP : 112009049


9/76

DAFTAR ISI

Hal.

HALAMAN SAMPUL ................................................................ ............................ i

ABSTRAK ................................................................ .............................................. ii

ABSTRACT .......................................................................................................... iii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................. iv

PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI .............................................................. v

HALAMAN PERNYATAAN .............................................................................. vi

KATA PENGANTAR ................................................................ ......................... vii

DAFTAR ISI ......................................................................................................... ixDAFTAR GAMBAR ................................................................ ........................... xii

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xv

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG...................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.................................................................................. BAB I-1

1.2 Tujuan Tugas Akhir .......................................................................... BAB I-2

1.3 Metoda Penelitian ................................................................ ............. BAB I-2

1.4 Pembatasan Masalah......................................................................... BAB I-2

1.5 Sistematika Penyajian ....................................................................... BAB I-3

BAB II TEORI DASAR

2.1 Generator Sinkron ...................................................................................BAB II-1

2.1.1 Definisi Umum......................................................................BAB II-1

2.1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron ...........................................BAB II-1

2.2. Pentanahan Secara Umum .....................................................................BAB II-2

2.3. Tujuan dan Metoda Pentanahan Titik Netral Generator ....................BAB II-5

2.3.1 Pentanahan Titik Netral Secara Langsung ...........................BAB II-7


10/76

2.3.2 Pentanahan Titik Netral Melalui Tahanan..........................BAB II-10

2.3.3 Pengetanahan Titik Netral Melalui Reaktor.......................BAB II-13

2.3.4 Pengetanahan Titikk Netral Secara Efektif ........................BAB II-17

2.4 Sistem Yang Tidak Diketanahkan Atau Sistem Delta .....................BAB II-17

2.5 Teori Komponen Simetris....................................................................BAB II-18

2.6 Operator a ..................................................................................BAB II-20

2.7 Penggunaan Operator a Pada Komponen Simetris .......................BAB II-21

2.8 Hubung Singkat Tiga Phasa ................................................................BAB II-22

2.9 Hubung Singkat Dua Phasa .................................................................BAB II-23

2.10 Hubungan Singkat Satu Phasa Ke Tanah ....................................BAB II-24

2.11 Analisa Arus Hubung Singkat Menurut Standard IEC 60 909 ......BAB II-26

BAB III METODA PERHITUNGAN DAN SIMULASI PENTANAHAN NETRAL

GENERATOR

3.1 Langkah Penelitian........................................................................ BAB III-1

3.2 Data Penelitian.............................................................................. BAB III-2

3.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat Tiga Phasa ke Tanah ............. BAB III-3

3.4 Pemilihan Metoda Pentanahan Netral Generator.......................... BAB III-4

3.5 Perhitungan Niali Resistansi Yang Digunakan............................. BAB III-5

3.6 Perhitungan Arus Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah ............. BAB III-6

3.7 Perhitungan Tegangan Langkah dan Tegangan sentuh sistem Grounding

Grid................................................................. .............................. BAB III-6

3.7.1. Tahanan Jenis Tanah............................................................ BAB III-7

3.7.2 Tata Letak (Layout) ............................................................. BAB III-8

3.7.3 Jumlah Batang Pentanahan Yang Diperlukan...................... BAB III-8

3.7.4 Tegangan Sentuh Yang Diizinkan ....................................... BAB III-8


11/76

3.7.5 Tegangan Langkah Yang Diizinkan ............................... ...BAB III-10

3.8 Simulasi Hubung Singkat Generator Menggunakan ETAP 7..... BAB III-11

3.9 Simulasi Grounding Grid Menggunakan ETAP 7 ...................... BAB III-12

3.9.1 Simulasi Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkah ...BAB III-14

BAB IV HASIL PERHITUNGAN, SIMULASI, DAN ANALISIS

4.1 Hasil Perhitungan Arus Hubung Singkat ......................................BAB IV-1

4.2 Perhitungan Tegangan Langkah dan Tegangan sentuh Pada sistem Grounding

Grid......................................................................................................... BAB IV-2

4.2.1 Tahanan Jenis Tanah .......................................................... BAB IV-3

4.2.2 Jumlah Batang Pentanahan Yang Diperlukan .................... BAB IV-3

4.2.3 Tegangan Sentuh Yang Diizinkan...................................... BAB IV-4

4.2.4 Tegangan Langkah Yang Diizinkan................................... BAB IV-5

4.3 Simulasi Hubung Singkat Generator Menggunakan ETAP 7......... BAB IV-5

4.4 Simulasi Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkah Pada Titik Gangguan Bus

203-2 Menggunakan ETAP 7 ............................................................. BAB IV-6

4.5 Simulasi Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkah Pada Titik Gangguan Bus

20 kV Menggunakan ETAP 7............................................................. BAB IV-7

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan ................................................................ ......................BAB V-1

5.2 Saran.................................................................................................BAB V-1

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN


12/76

DAFTAR GAMBAR

Hal.

Gambar 2.1 Sistem yang tidak diketanahkan dalam keadaan gangguan

kawat-tanah ....................................................................BAB II-4

Gambar 2.2 Sistem yang diketanahkan dalam keadaan gangguan

kawat-tanah ....................................................................BAB II-4

Gambar 2.3 Pentanahan Secara Langsung........................................ BAB II-8

Gambar 2.4 Pentanahan Melalui Tahanan ......................................BAB II-11

Gambar 2.5 Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 1 Phasa ke Tanah

Secara Langsung....................................................................................BAB II-12

Gambar 2.6 Tegangan Kawat-tanah ................................................BAB II-13

Gambar 2.7 Pentanahan MenggunakanReactor..............................BAB II-14

Gambar 2.8 Sistem yang tidak diketanahkan...................................BAB II-17

Gambar 2.9 Komponen-komponen simetris dari tegangan

sistem tiga fasa .............................................................BAB II-19

Gambar 2.10 Penjumlahan komponen-komponen simetris dari tegangan .........

......................................................................................BAB II-19

Gambar 2.11 Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa .......................BAB II-22

Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat

Tiga Phasa....................................................................BAB II-22

Gambar 2.13 Gangguan Hubung Singkat 2 Phasa ke Tanah ............BAB II-23


13/76

Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat

Dua Phasa Ke Tanah....................................................BAB II-24

Gambar 2.15 Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa Ke Tanah.......BAB II-25

Gambar 2.16 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat Satu

Phasa Ke Tanah ............................................ BAB II -25

Gambar 3.1 Flow Chart Langkah Penelitian ................................... BAB III-1

Gambar 3.2 Konfigurasi sistem Pentanahan PLTMH Nua Ambon

...................................................................................... BAB III-2

Gambar 3.3 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat 3 Phasa ............

...................................................................................... BAB III-4

Gambar 3.4 Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 1 Phasa ke Tanah ..............

...................................................................................... BAB III-6

Gambar 3.5 Tegangan Sentuh Pada Pembangkit............................. BAB III-9

Gambar 3.6 Tegangan Langkah Pada Pembangkit........................ BAB III-10

Gambar 3.7 Tabel Pada ETAP 7 Untuk Input Data Generator...... BAB III-11

Gambar 3.8 Pemilihan Jenis Pentanahan Menggunakan Resistor

Pada ETAP 7 ............................................................ BAB III-12

Gambar 3.9 Study Case EditorETAP 7......................................... BAB III-13

Gambar 3.10 Soil EditorETAP 7 .................................................... BAB III-13

Gambar 3.11 Study Case EditorTitik Gangguan Pada Bus 203-2

ETAP 7....................................................................... BAB III-14

Gambar 3.12 IEEE Group EditorETAP 7 ...................................... BAB III-14

Gambar 3.13 Study Case EditorTitik Gangguan Pada Bus 20 kV


14/76

ETAP 7....................................................................... BAB III-14

Gambar 3.14 IEEE Group EditorETAP 7 ...................................... BAB III-14

Gambar 4.1 LayoutSistem Grounding Grid.................................... BAB IV-2

Gambar 4.2 Simulasi Hubung Singkat 3 Phasa Pada Etap 7 ..........BAB IV-5

Gambar 4.3 Simulasi Hubung Singkat 1 Phasa ETAP 7 .................BAB IV-6

Gambar 4.4 Design Grounding GridPada Titik Gangguan

Bus 203-2 menggunakan ETAP 7 ...............................BAB IV-7

Gambar 4.5 Hasil Simulasi Tegangan Langkah dan Tegangan

Sentuh Pada Titik Gangguan Bus 203-2...................... BAB IV-7

Gambar 4.6 Design Grounding GridPada Titik Gangguan

Bus 20 kV menggunakan ETAP 7............................... BAB IV-8

Gambar 4.7 Hasil Simulasi Tegangan Langkah dan Tegangan

Sentuh Pada Titik Gangguan Bus 20 kV..................... BAB IV-8


15/76

DAFTAR TABEL

Hal

Tabel 3.1 Data Saluran Transmisi.....................................................BAB III-3

Tabel 3.2 Tahanan Jenis Tanah.........................................................BAB III-8

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Hubung Singkat 3 Phasa ke Tanah......BAB IV-1

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Hubung Singkat 1 Phasa ke Tanah......BAB IV-2

Tabel 4.3 Simulasi Hubung Singkat 3 Phasa ke Tanah ....................BAB IV-5

Tabel 4.4 Simulasi Hubung Singkat 3 Phasa ke Tanah ....................BAB IV-6


16/76

DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG

AC =Alternative Current

PLTA = Pembangkit Listrik Tenaga Air

PLTU = Pembangkit Listrik Tenaga Uap

PLTD = Saluran udara TeganganDiesel

DC =Direct Current

ggl = Gaya Gerak Listrik

n = Kecepatan Motor (rpm)

f = Frekuensi (Hz)

p = Jumlah Pasang Kutub

rpm =Rotation Per Minute

Hz =Hertz

ZA = Impedansi pada titik A ()

ZB = Impedansi pada titik B ()

ZC = Impedansi pada titik C ()

ZG = Impedansi Ground()

A = Ampere

V = VoltageKV = Kilo Volt

X0 = Reaktansi Urutan Nol ()

X1 = Reaktansi Urutan Positif ()

X2 = Reaktansi Urutan Negatif ()

R0 = Resistansi Urutan Nol ()

If = Arus Gangguan (A)

Zd = Impedansi Dasar ()

Ea = TeganganArmature (V)

Eg = Tegangan Generator (V)

Z1 = Impedansi Kapasitif tegangan A ()

Z2 = Impedansi Kapasitif tegangan B ()


17/76

Z3 = Impedansi Kapasitif tegangan C ()

a = Penurunan Tegangan Phasa A

a1 = Penurunan Tegangan Pada Komponen Urutan Positif

a2 = Penurunan Tegangan Pada Komponen Urutan Negatif

a2 = Penurunan Tegangan Pada Komponen Urutan Nol

XR = Reaktansi reaktor netral

IR = Rating harga efektif arus reaktor

pf = Power Factor

Xd = Reaktansi Steady State ()

Xd = Reaktansi Transient()

Xd

= ReaktansiSubtransient

()

If3 = Arus Gangguan 3 Phasa ke Tanah (A)

If1 = Arus Gangguan 1 Phasa ke Tanah (A)

P = Daya (Watt)

= Tahanan Jenis Tanah (Ohm-meter)

a = Jarak Antara Batang Elektroda (Meter)

Ik = Arus Fibrilasi (A)

t = waktu (detik)

Rk = Tahanan Badan Manusia ()

Es = Tegangan Sentuh (V)

El = Tegangan Langkah (V)

Rf = Tahanan Kontak ke Tanah Dari Satu Kaki ()


18/76

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Generator merupakan suatu peralatan yang berperan penting dalam proses atau

tahapan pembangkitan tenaga listrik. Hal ini dikarenakan generator mengubah tenaga gerak

menjadi energi listrik. Kontinuitas dari operasi generator ini harus terjaga dengan baik

sehingga pasokan energi listrik tidak berkurang akibat adanya gangguan pada generator.

Dalam suatu generator dibutuhkan suatu sistem pentanahan titik netral yang handal.

Hal ini dimaksudkan untuk membatasi arus gangguan yang terjadi pada saat gangguan

hubung singkat phasa ke tanah yang akan merusak peralatan. Selain itu perlu juga

diperhatikan tegangan sentuh dan tegangan langkah yang terjadi akibat arus gangguan

tersebut yang dapat membahayakan bagi manusia yang berada pada area pembangkit.

Analisa pentanahan titik netral generator pada pembangkit listrik tenaga mikrohidro

Nua diperlukan untuk proteksi generator terhadap arus gangguan hubung singkat dan

menentukan area yang aman pada pembangkit saat terjadi gangguan fasa tanah serta untuk

menjaga kontinuitas dari kerja generator sehingga pasokan energi listrik tidak terganggu.

Tugas akhir ini merupakan studi yang akan menganalisa kinerja suatu sistem

pentanahan untuk dijadikan suatu masukan pada pentanahan titik netral generator PLTMH

Nua Ambon. Mengacu pada standar-standar yang telah dibuat dan disepakati, mengenai

proteksi peralatan serta keamanan manusia terhadap tegangan sentuh dan tegangan langkah

yang timbul.


19/76

1.2. Tujuan Tugas Akhir

Adapun maksud penelitian tugas akhir ini adalah untuk menentukan jenis

pentanahan yang akan digunakan pada Pembangkit Listrik Mikro Hidro 2 x 4,4 MW

Nua Ambon.

1. Menentukan besarnya arus hubung singkat 3 phasa dan 1 phasa pada saluranBus 203-2

2. Menentukan jenis pentanahan titik netral yang akan digunakan pada generator 2

x 4,4 MW Nua Ambon.

3. Menentukan besarnya nilai tahanan yang akan digunakan.

4. Menentukan tegangan sentuh dan tegangan langkah pada area pembangkit.

1.3. METODA PENELITIAN

Dalam penelitian ini penulis melakukan beberapa macam metode, yaitu:

a. Metode Studi literatur, yaitu membaca dan mempelajari sumber-sumber

kepustakaan yang erat hubungannya dengan topik penelitian ini. yaitu

Sistem pentanahan generator.

b. Metode Observasi langsung, yaitu mengumpulkan data dari penelitian di

laboratorium yang dilakukan secara langsung.

c. Metode Wawancara, yaitu melakukan tanya jawab dengan instruktur dan

orang yang lebih paham.

d. Metode Analisis, yaitu melakukan analisa terhadap data-data yang didapat

dari penelitian dan kemudian menyimpulkan hasil penelitian tersebut.

1.4. PEMBATASAN MASALAH

Batasan masalah dalam penelitian ini perlu dilakukan untuk efektif dan fokus pada

topik yang akan dibahas. Adapun batasan masalah tersebut adalah :

1. Nilai hubung singkat 3 phasa ke tanah.

2. Nilai hubung singkat 1 phasa ke tanah.

3. Metoda pentanahan titik netral melalui tahanan rendah.

4. Metoda pentanahan titik netral melalui tahanan tinggi.

5. Metoda pentanahan titik netral melalui reaktor.

6. Jenis pentanahan atau bentuk konstruksi pentanahan sistem kisi-kisi (grid).


20/76

1.5 SISTEMATIKA PENYAJIAN

Penulisan Laporan Tugas Akhir ini dilakukan dengan sistematika penyajian sebagai

berikut :

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini menjelaskan latar belakang masalah, tujuan, metoda pengumpulan

data, pembatasan masalah, serta sistematika penyajian laporan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini menjelaskan teori dasar mengenai generator dan teori pentanahan

secara umum.

BAB III METODA PERHITUNGAN DAN SIMULASIBab ini menjelaskan metoda perhitungan dan simulasi dalam menentukan

jenis pentanahan, tegangan sentuh dan tegangan langkah pada

Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro Nua Ambon.

BAB IV HASIL PERHITUNGAN, SIMULASI DAN ANALISIS

PENTANAHAN NETRAL GENERATOR

Pada bab ini akan menjelaskan teori tentang cara atau sistem-sistem

pentanah netral generator serta gangguan-gangguan pentanahan dan

pedoman pemilihan metode pentanahan.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini akan memberikan tinjauan menyeluruh mengenai sistem yang

dibahas. Semuanya dirangkum dalam bentuk kesimpulan akhir dan saran-

saran yang dapat menjadi bahan pertimbangan bagi sistem pentanahan

netral generator.


21/76

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Generator Sinkron

2.1.1 Definisi Umum

Generator arus bolak balik berfungsi mengubah tenaga mekanis menjadi tenaga

listrik arus bolak balik. Generator arus bolak balik sering disebut juga sebagai

alternator, generator AC (alternative current), atau generator sinkron. Dikatakan

generator sinkron karena jumlah putaran rotornya sama dengan jumlah putaran medan

magnet pada stator. Kecepatan sinkron ini dihasilkan dari kecepatan putar rotor dengan

kutubkutub magnet yang berputar dengan kecepatan yang sama dengan medan putar

pada stator. Mesin ini tidak dapat dijalankan sendiri karena kutub kutub rotor tidak

dapat tiba tiba mengikuti kecepatan medan putar pada waktu sakelar terhubung

dengan jalajala.

Generator sinkron sering kita jumpai pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik

(dengan kapasitas yang relatif besar). Misalnya, pada PLTA, PLTU, PLTD dan lain-

lain. Selain generator dengan kapasitas besar, kita mengenal juga generator dengan

kapasitas yang relatif kecil, misalnya generator yang digunakan untuk penerangan

darurat yang sering disebut Generator Set atau generator cadangan. Perbedaan prinsip

antara generator DC dengan generator AC adalah letak kumparan jangkar dan

kumparan statornya. Pada generator DC, kumparan jangkar terletak pada bagian rotor

dan kumparan medan terletak pada bagian stator. Sedangkan pada generator AC,

kumparan jangkar terletak pada bagian stator dan kumparan medan terletak pada bagian

rotor.

2.1.2 Prinsip Kerja Generator Sinkron

Jika kumparan rotor yang berfungsi sebagai pembangkit kumparan medan magnit

yang terletak di antara kutub magnit utara dan selatan diputar oleh prime mover, maka

pada kumparan rotor akan timbul medan magnet atau fluks yang bersifat bolakbalik

atau fluks putar. Fluks putar ini akan memotong motong kumparan stator sehingga


22/76

pada ujungujung kumparan stator timbul gaya gerak listrik karena pengaruh induksi

dari fluks putar tersebut. Gaya gerak listrik (ggl) yang timbul pada kumparan stator juga

bersifat bolakbalik, atau berputar dengan kecepatan sinkron terhadap kecepatan putar

rotor. Frekuensi elektris yang dihasilkan generator sinkron adalah sinkron dengan

kecepatan putar generator. Rotor generator sinkron terdiri atas rangkaian elektromagnet

dengan suplai arus DC. Medan magnet rotor bergerak pada arah putaran rotor.

Hubungan antara kecepatan putar medan magnet pada mesin dengan frekuensi elektrik

pada stator adalah:

= (2.1)

= (2.2)

Dimana : f = frekuensi listrik (Hz)

n = kecepatan putar rotor (rpm)

P = jumlah pasang kutub

Oleh karena rotor berputar pada kecepatan yang sama dengan medan magnet,

persamaan diatas juga menunjukkan hubungan antara kecepatan putar rotor dengan

frekuensi listrik yang dihasilkan. Agar daya listrik dibangkitkan tetap pada frekuensi

50Hz atau 60 Hz, maka generator harus berputar pada kecepatan tetap dengan jumlah

kutub mesin yang telah ditentukan. Sebagai contoh untuk membangkitkan 60 Hz pada

mesin dua kutub, rotor arus berputar dengan kecepatan 3600 rpm. Untuk

membangkitkan daya 50 Hz pada mesin empat kutub, rotor harus berputar pada 1500

rpm.

2.2. Pentanahan Secara Umum

Sampai kira-kira tahun 1910, sistem-sistem tenaga listrik tidak diketanahkan. Hal

itu dapat dimengerti karena pada waktu itu sitem-sitem tenaga listrik masih kecil jadi

bila ada gangguan fasa ke tanah arus gangguan masih kecil, dan biasanya kurang dari 5

Ampere. Pada umumnya bila arus gangguan itu sebesar 5 Ampere atau lebih kecil,

busur listrik yang timbul pada kontak-kontak antara kawat yang terganggu dan tanah

masih dapat padam sendiri. Tetapi sistem-sistem tenaga itu makin lama makin besar


23/76

baik panjangnya maupun tegangannya. Dengan demikian arus yang timbul bila terjadi

gangguan tanah makin besar dan busur listrik itu tidak dapat lagi padam sendiri.

Tambahan lagi gejala-gejala busur tanah atau arcing grounds semakin menonjol. Gejala

busur tanah adalah suatu proses terjadinya pemutusan (clearing) dan pukul-ulang

(restriking) dari busur listrik secara berulang-ulang. Gejala ini sangat berbahaya karena

dapat menimbulkan tegangan lebih transien yang tinggi yang dapat merusak peralatan.

Oleh karena itu pada tahun 1910-an pada saat mana sistem-sistem tenaga relative

besar, sistem-sistem itu tidak lagi dibiarkan terapung yang dinamakan sistem delta,

tetapi titik netral sistem itu diketanahkan melalui tahanan atau reaktans. Pentanahan itu

umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral transformator daya ke tanah.

Metode-metode pentanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah :a) Penatanahan melalui tahanan (resistance grounding).

b) Pentanahan melalui reactor (reactor grounding).

c) Pentanahan tanpa impedansi (solid grounding).

d) Pentanahan efektif (effective grounding).

e) Pentanahan dengan reaktor yang impedansinya dapat berubah-ubah (resonant

grounding) atau pentanahan dengan kumparan Petersen.

Pada sistem yang tidak diketanahkan atau pada sistem delta, arus gangguan itu

tergantung dari impedansi kapasitif ZA,ZB,ZC, yaitu impedansi kapasitif masing-masing

kawat-fasa terhadap tanah. Gambar 2.1.

Gambar 2.1. Sistem yang tidak diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat-tanah.


24/76

Tetapi sistem itu diketanahkan arus gangguan tidak lagi tergantung hanya dari

impedansi kapasitif kawat-kawat tetapi juga tergantung pada impedansi alat pentanahan

dan transformator.

Gambar 2.2. Sistem yang diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat-tanah.

Kecuali pentanahan dengan kumparan Petersen, impedansi alat pentanahan itu sangat

kecil dibandingkan dengan impedansi kapasitif ZG (ZG = 1/ ZG + 1/ZB + 1/ ZC), atau

dengan kata lainarus gangguan itu tidak lagi tergantung pada impedansi ZG.

Jadi dengan mengetanahkan netral sistem itu arus gangguan jelas menjadi lebih

besar dibandingkan dengan arus gangguan pada sistem delta, namun sebaliknya

membatasi tegangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu. Jadi didalam menentukan

impedansi pentanahan itu harus diperhatikan hubungan antara besar arus gangguan dan

tegangan yang mungkin timbul.

Dari keterangan-keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa tujuan dari pentanahan

itu adalah :

1. Pada sistem yang besar yang tidak diketanahkan arus gangguan itu relative (> 5

A) sehingga busur listrik yang timbul tidak dapat padam sendiri, hal mana akan

menimbulkan busur tanah; pada sistem yang diketanahkan gejala tersebut

hampir tidak ada.

2. Untuk membatasi tegangan-tegangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu

(sehat).


25/76

Pada sistem-sistem di bawah 115 KV banyak dipakai pentanahan melalui kumparan

Petersen. Terutama di Eropa yang pentanahan dengan kumparan Petersen itu telah

dimulai sejak tahun 1900-an, dan di Amerika Serikat tahun 1930-an.

Pada sistem-sistem yang tegangannya lebih tinggi (115 KV ke atas) ada

kecenderungan menggunakan pentanahan tanpa impedansi atau pentanahan efektif.

Yang dimaksud dengan pentanahan efektif ialah pentanahan dimana perbandingan

antara reaktansi urutan nol dan urutan positif lebih kecil atau sama dengan tiga, dan

perbandingan tahanan urutan nol dan reaktansi urutan positif lebih kecil atau sama

dengan satu, untuk tiap titik pada sistem itu (X0/X1 3; R0/X1 1).

2.3. Tujuan dan Metoda Pentanahan Titik Netral Generator

Pentanahan generator sinkron pada sistem tenaga listrik yang modern tergantungpada besarnya tegangan yang digunakan dan karakteristik beban yang harus dilayani.

Dahulu sistem tenaga listrik tiga fasa tidak ditanahkan, terutama sistem tiga fasa dengan

tiga kawat merupakan sistem yang paling efesien dalam hal pemakaian konduktor

tembaganya. Selain itu ketika terjadi gangguan ke tanah pertama tidak timbul arus

gangguan dan hal ini merupakan suatu keuntungan meskipun peristiwa tersebut disertai

oleh timbulnya kejutan listrik yang berbahaya.

Ternyata dari pengalaman-pengalaman dengan sistem yang tidak ditanahkan banyak

motor-motor listrik dalam instalasi industry mengalami kerusakan-kerusakan yang

disebabkan oleh tegangan lebih yang timbul karena terjadinya busur listrik.

Untuk mencegah terjadinya tegangan lebih tersebut maka generator atau sistem

tenaga listrik ditanahkan dan biasanya dilakukan pentanahan secara langsung yang

sangat efektif untuk membatasi tegangan fasa ke tanah maksimum. Juga beban-beban

yang terpasang diantara fasa dan netral tetap dapat dilayani tanpa menimbulkan bahaya

tegangan antara netral dengan tanah pada keadaan mengalami gangguan tanah.

Metode pentanahan sistem mempengaruhi tingkat tegangan lebih yang mungkin

terjadi selama pengerjaan hubungan dan juga selama terjadi gangguan ke tanah.

Tegangan lebih yang bersifat transien harganya mencapai 5 atau 6 kali tegangan

normalnya. Terjadinya tegangan lebih transien disebabkan oleh penyalaan dan


26/76

pemadaman busur listrik pada rangkaian yang terdiri dari induktansi, kapasitansi dan

tahanan.

Tujuan pentanahan titik netral generator pada garis besarnya adalah :

1. Untuk mengurangi kerusakan pada titik gangguan.

2. Untuk membatasi tegangan lebih transien.

3. Mendeteksi dengan peka terhadap kerusakan titik netral.

4. Menstabilkan titik netral yaitu menjaga supaya titik netral berada pada atau didekat

potensial tanah.

Metode pentanahan titik netral yang digunakan dalam hubungan dengan stasiun

pembangkit tenaga listrik antara lain adalah sebagai berikut :

1. Pentanahan titik netral secara langsung.

2. Pentanahan titik netral melalui tahanan.

3. Pentanahan titik netral melalui transformator distribusi dengan tahanan pada

kumparan sekundernya.

4. Pentanahan titik netral melalui reaktor.

5. Pentanahan titik netral melalui kumparan Petersen.

6. Pentanahan netral melalui transformator tegangan.

2.3.1 Pentanahan Titik Netral Secara Langsung

Pada sistem-sistem yang netralnya ditanahkan secara langsung atau tanpa impedansi

bila terjadi gangguan fasa ke fasa maka gangguan tersebut harus diisolir dengan

membuka pemutus tenaga. Salah satu tujuan dengan mentanahkan titk netral secara

langsung ialah untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila

terjadi gangguan fasa ke tanah.

Pentanahan titik netral secara langsung biasanya digunakan pada sistem yang

bertegangan rendah (0 sampai 600 V), kadang-kadang digunakan juga pada sistem

bertegangan menengah.

Untuk menjelaskan perihal pentanahan titik netral secara langsung, ditinjau masalah

terjadinya gangguan ke tanah pada salah satu fasa generator yang titik netralnya

ditanahkan secara langsung. Pada gambar 2.3 memperlihatkan sebuah rangkaian


27/76

ekivalen hubung singkat satu fasa ke tanah dari generator yang titik netralnya

ditanahkan secara langsung. Pada gambar 2.3 tersebut, dimisalkan terjadi gangguan

hubung singkat satu fasa pada fasa A. Arus gangguan pada fasa A tersebut terdiri dari

tiga buah komponen yang sama yaitu If/3 dan harga ini didapat dari : (If/3) = (Ea ) /

(Z1 + Z2 + Z0)

Gambar 2.3. Pentanahan Secara Langsung

a) Arus gangguan yang menetap

Dimisalkan : Z1 = 110%, Z2 = 12 sampai 22% dan Z3 = 3 sampai 6% maka didapat

harga If yang besarnya hamper 2,5 kali lebih besar daripada arus gangguan hubung

singkat tiga fasa Ea/ Z1.

b) Arus gangguan transien

Tekanan paling besar terjadi pada tingkat permulaan transien dimana rumus diatas tetap

digunakan dengan mengganti reaktansi sinkron Z1 dengan reaktansi subtransiennya.

Perhitungan If diulang kembali dengan Z1 = 19 sampai 33% maka didapat harga If kira-

kira 1,6 kali arus transien hubung singkat tiga fasa Ea/ Z1 . Tekanan arus yang

sedemikian besarnya sangat berbahaya, jadi generator yang ditanahkan secara langsung

sangat berbahaya bila terjadi hubung singkat fasa ke tanah. Oleh karena itu arus hubung


28/76

singkat tersebut harus dibatasi dengan menyelipkan suatu impedansi antara titik netral

generator dan tanah.

Untuk menyelidiki tegangan fasa-fasa yang tidak terganggu, ditinjau sebuah

generator dimana titik netralnya ditanahkan secara langsung.Gangguan ke tanah terjadi

pada fasa A. Jika dimisalkan generator sangat besar sehingga Z1 = Z2 = sangat kecil dan

dapat diabaikan maka :

Ia1 = Ia2 = Ia0 = If/3

Penurunan tegangan pada fasa A = a

Jadi : a = a1 + a2 +a0

Karena Z1 = Z2 , maka

a1 =

a2

Sekarang akan diselidiki tegangan pada fasa yang tidak terganggu yaitu fasa B dan

fasa C. Pada fasa A, ketiga komponen penurunan tegangan adalah sefasa, tetapi pada

kedua fasa yang lain komponen positif dan komponen negative berputar dengan sudut

sebesar 1200

.

Karena a = a1 + a2 +a0 dan bila a1 = a2

Maka : b = c = a0 a1

Sekarang bila dilakukan super posisi maka :

Va + a = a0

Yaitu bahwa tegangan jepit fasa A adalah nol, sedang tegangan pada fasa-fasa yang lain

menjadi Vb + b dan Vc + c , dan

a = (I f/3 ) / (Z1 + Z2 + Z0)

= (I f/3 ) / (2 Z1 + Z2 )

Sebutlah = b = c

Maka : = (I f/3 ) / (Z0 Z1 )..(2.3)

Dimana : If/3 = Ea/ (2 Z1 + Z0 )..(2.4)Dari persamaan (2.3) jelas terlihat bahwa tegangan dari fasa-fasa yang tidak

terganggu tidak sama dengan tegangan fasa ke netral, tetapi lebih besar dan tergantung

pada (Z0 Z1 ). Semakin besar perbedaan Z0 Z1 , Semakin besar tegangan fasa-fasa A

dan B.


29/76

Subtitusi persamaan (2.3) ke dalam persamaan (2.4) akan diperoleh :

= E a [ (Z0 Z1 ) / (2 Z1 + Z0 ) ] .....(2.5)

Sebutlah : K = Z0 / Z1

Maka : = E a [ (K 1) / (K + 2) ] ..(2.6)Jadi besar tegangan fasa-fasa yang tidak terganggu tergantung dari faktor K = Z 0 /

Z1 yaitu ratio impedansi urutan.

Pentanahan titik netral secara langsung tidak dipakai lagi karena beberapa alasan

antara lain :

1. Arus gangguan yang timbul karena terjadinya gangguan fasa ke netral lebih

besar daripada arus gangguan hubung singkat tiga fasa.

2. Jika beberapa generator bekerja paralel dan titik netralnya bersama-samaditanahkan maka akan timbul harmonisa ketiga walaupun dalam keadaan kerja

normal.

3. Arus harmonisa ketiga yang masuk ke feeder yang disuplai oleh tegangan yang

dibangkitkan generator menyebabkan noise pada telekomunikasi.

4. Dengan menghindari pentanahan bersama dan pentanahan titik netral secara

langsung pada satu titik netral generator tidak hanya merupakan kerumitan

kerja tetapi juga menyebabkan beban lebih terhadap unit yang ditanahkan oleh

kontribusi arus gangguan unit yang lainnya.

2.3.2 Pentanahan Titik Netral Melalui Tahanan

Pentanahan titik netral melalui tahanan dapat dimasukkan kedalam kategori

pentanahan titik netral melalui impedansi kecil. Juga pentanahan ini bertujuan untuk

mengulangi kerugian panas (I2 . R) pentanahan titik netral secara langsung. Namun

demikian tidak boleh dianggap bahwa membatasi arus gangguan ke tanah dengan

menggunakan tahanan pada titik netral sudah berarti kelemahan-kelemahan pada

pentanahan secara langsung dapat diatasi.

Perlu diketahui bahwa meskipun pembatasan arus gangguan ke tanah sampai 1,5

kali arus kerja normal generator berarti tahanan pentanahan titik netral menyerap daya

sampai 50% dari rating kapasitasnya. Kapasitas panas yang dibutuhkan supaya tahanan


30/76

titik netral dapat berfungsi dengan aman tidaklah mudah untuk direncanakan dengan

sempurna. Harga tahanan yang sering digunakan berkisar diantara 0,4 sampai 15 ohm.

Untuk membatasi ukuran tersebut waktu pembebanan dibatasi diantara 10 detik sampai

2 menit, sementara itu kenaikan temperature sampai 4000 C diterapkan.

Dengan memilih harga tahanan yang tepat, ketika terjadi gangguan ke tanah arus

dapat dibatasi sehingga harganya hampir sama bila gangguan terjadi disegala tempat

didalam sistem bila tidak terdapat titik pentanahan lainnya. Pemilihan harga tahanan

yang terlalu rendah dapat mengakibatkan goncangan beban yang mendadak ketika

terjadi gangguan ke tanah sehingga menimbulkan tekanan mekanis terhadap poros

generator dan koplingnya dan kestabilanpun terganggu.

Untuk pemakaian praktis, harga tahanan pentanahan titik netral dapat ditentukandengan mencari harga arus gangguan ke tanah maksimum dan dengan membagi

tegangan fasa ke netral generator oleh arus tersebut. Reaktansi generator biasanya boleh

diabaikan.

R= Ea/If [Ohm].(2.7)

Gambar 2.4. Pentanahan Melalui Tahanan

Pada gambar 2.4 memperlihatkan daya yang diserap oleh tahanan pentanahan titik

netral selama terjadi gangguan satu fasa ke tanah untuk berbagai ukuran tahanan padagenerator sinkron yang berkapasitas 31.250 kVA dan bertegangan 13,8 kV.

Salah satu pemakaian tahanan pentanahan titik netral adalah pada generator-

generator yang terhubung langsung pada kumparan transformator tenaga penaik


31/76

tegangan yang terhubung delta. Dalam hal ini pergeseran penuh titik netral selama

gangguan tidak dianggap berarti

Rating tahanan pentanahan titik netral dipilih juga berdasarkan harga arus

maksimum yang sesuai dengan rele yang baik. Dari segi tahanan busur listrik dengan

menggunakan harga tahanan yang semakin besar, semakin banyak manfaat yang

didapat. Dalam prakteknya tahanan dipilih sedemikian rupa sehingga didapat arus yang

besarnya 1,5 sampai 2,5 ampere pada sisi sekunder transformator arus dengan ratio

yang terbesar. Transformator arus ini biasanya diletakkan pada rangkaian suplai ke rel

4.160 V dan digunakan untuk proteksi terhadap kegagalan rel.

Sebagai contoh, transformator arus dengan ratio 2.000 ke 5 ampere dipasang pada

rangkaian transformator pelengkap (auxiliary transformer

). Tahanan boleh mempunyairating dari 2 sampai 4 Ohm sesuai dengan pembatasan arus gangguan ke tanah dri 600

sampai 1.200 ampere. Pemilihan dalam selang ini biasanya diambil berdasarkan rating

standar yang ada. Resiko kebakaran kecil meskipun arus mencapai 2.000 ampere dan

kabel tidak akan mengalami kerusakan yang disebabkan oleh pemanasan lebih pada

selang waktu clearing yang normal.

Gambar 2.5. Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 1 Phasa ke Tanah Secara Langsung


32/76

Gambar 2.6. Tegangan Kawat-tanah

Dari rangkaian ekivalen pada gambar 2.5 dan gambar 2.6, tetapi dengan harga Z 1 =

jX1, Z2 = jX2 dan Z0 = 3R, arus gangguan If dapat ditentukan dari persamaan berikut :

Ea = (If/ 3) (2 jX1 ./ 3R).(2.7)Dengan X1 = X2 .

Penurunan tegangan pada tiap fasa pada kedua fasa yang tidak terganggu analog dengan

gambar 2.6 yaitu diperoleh dengan menjumlahkan If. R dengan j(If/3) . X1

dan j(If/3) . X2 setelah kedua komponen diputar 1200

dan 1200

. Penurunan tegangan

itu adalah :

= (I f/3 ) (3 R jX1) ....(2.8)

2.3.3 Pentanahan Titik Netral Melalui Reaktor

Reaktor yang dipasang diantara titik netral generator dengan tanah dimaksudkan

untuk membatasi arus gangguan ke tanah sampai pada harga arus hubung singkat tiga

fasa. Reaktor dapat digunakan pada pentanahan titik netral pembangkit listrik bertenaga

diesel yang berukuran kecil dimana pemakaian listriknya dilakukan pada tegangan yang

dibangkitkan generator dan dimana sambaran petir sering terjadi.

Pentanahan titik netral melalui reaktor mempunyai banyak ketidakpastian.

Beberapa peneliti menyarankan penentuan harga reaktansi netral itu didefinisikan

dalam reaktansi generator yaitu batas atas dari reaktansi netral adalah setengah dari

reaktansi subtransien generator. Peneliti-peneliti lainnya menyatakan reaktansi netral

secara tidak langsung menentukan ratio antara X0 dengan X1 pada jepitan generator.

Dimana X0 adalah impedansi urutan nol sistem termasuk reaktor netral dan X1 adalah

gabungan impedansi urutan positif sistem termasuk generator.


33/76

Dalam menentukan besarnya reaktor diasumsikan bahwa gangguan satu fasa ke

tanah terjadi pada jepitan generator. Arus gangguan hubung singkat tiga fasa ditentukan

dengan menggunakan tegangan fasa ke netral generator dan reaktansi urutan positifnya

(reaktansi subtransien). Untuk menentukan arus gangguan hubung singkat satu fasa ke

tanah perlu diketahui reaktansi urutan positif, negatif dan nol generator.

Notasi-notasi yang akan dipergunakan adalah sebagai berikut :

X1, X2, X0 = Reaktansi urutan generator yang ditinjau.

S1, S2, S0 = Reaktansi urutan sistem ke jepitan generator yang ditinjau.

XR = Reaktansi reaktor netral.

IR = Rating harga efektif arus reaktor (dalam perencanaan reaktor terhadap tekananmekanis diasumsikan bahwa arus tersebut bergeser sepenuhnya disebabkan

oleh komponen arus searah ).

Gambar 2.7. Pentanahan MenggunakanReactor

Arus gangguan satu fasa ke tanah diklasifikasikan menjadi lima macam tergantung

pada reaktansi generator dan reaktansi sitem, lihat gambar 2.7. Kelompok 1 adalah

umum dan meliputi kasus dimana semua reaktansi generator dan sistem berhingga dan

berbeda . Rumus ini kelihatannya rumit tetapi akan menjadi sederhana bila digunakan

harga sebenarnya . Kelompok 2 meliputi kasus dimana urutan nol sistem tak terhinggadan semua reaktansi lainnya berhingga dan berbeda . Kelompok 3 , 4 dan 5 meliputi

kasus dimana dua atau lebih reaktansi mempunyai harga yang sama sehingga rumusnya

sangat sederhana dibandingkan dengan kasus umum dalam kelompok 1. (gambar 2.7)


34/76

Rumus IR dalam tiaptiap kelompok kasus ditujukan untuk mendapatkan harga XR

sedemikian rupa sehingga arus kumparan mesin ketika terjadi gangguan satu fasa ke

tanah harganya sama dengan arus kumparan pada gangguan singkat tiga fasa .

Tegangan e pada rumus IR adalah tegangan jepitan generator yang dinyatakan sebagai

100% . Perlu diingatkan bahwa bila X1 dan X2 generator sama besar maka reaktansi

minimum XR = (1/3) (X1X0 ) . Arus yang melewati reaktor ketika terjadi gangguan

satu fasa ke tanah tergantung pada reaktansi sistem dan reaktansi generator.

Kurva digambarkan dalam harga ratio , kordinatnya adalah S1/ X1 dan absisnya K

adalah bilangan pengali terhadap arus hubung singkat 3 fasa , e/ X1 yang akan mengalir

melewati reaktor titik netral . Untuk kelima kurva tersebut ratio S 2/ S1 adalah parameter

. Kurva

kurva tersebut memperlihatkan sepintas efek reaktansi sistem terhadap arusnetral selama terjadi gangguan satu fasa ke tanah , S1 dan S2 sangat berbeda tanpa

mempengaruhi arus netral IR . Reaktansi reaktor pentanahan ditentukan oleh rumus :

XR = ( X1 X0 ) / 3 (2.9)

Untuk menentukan arus efektif maksimum IR yang melalui reaktor , tentukan S2/ S1

dan S1/ X1 dan cari harga K dalam gambar 3.7. Arus IR adalah (K) . (e/X2) dalam per-

unit , kalikan harga per-unit tersebut dengan 100 untuk mendapatkan IR dalam persen .

Harga reaktansi yang telah ditentukan XR membatasi arus kumparan generator

ketika terjadi arus gangguan satu fasa ke tanah sebesar arus kumparan ketika terjadi

gangguan tiga fasa . Untuk membatasi arus gangguan lebih lanjut diambil harga

reaktansi yang lebih besar , tetapi penambahan tersebut harus mempertimbangkan efek

tegangan transien selama operasi penghubungan dan busur listrik ke tanah . Ratio (X 0/

X1) 4 untuk membatasi tegangan transien . bila ratio (X 0/ X1) > 4 maka perlu

penelitian khusus .

Penggunaan reaktor netral pada generator yang menyuplai feeder distribusi pada

tegangan yang dibangkitkannya memerlukan pemeriksaan pada tegangan ke tanah

kedua fasa yang tidak terganggu bila terjadi gangguan satu fasa ke tanah . Hal ini

penting bagi sistem kabelnya . Semakin besar harga reaktansi pentanahan semakin besar

pula tegangan ke tanah pada kedua fasa yang tidak terganggu .


35/76

Arus IR pada reaktor netral selalu lebih besar daripada arus pada fasa yang terganggu

bila generator dihubungkan ke sistem dengan mesin yang lain, karena urutan nol

bersirkulasi didalam sistem pada kedua fasa yang tidak terganggu. Bila generator

merupakan bagian yang terisolasi dimana tidak terdapat lintasan transformator tempat

mengalirnyai arus urutan nol maka arus yang melalui reaktor akan sama besar dengan arus

yang melalui fasa yang terganggu atau kumparan generator.

Kadang-kadang perlu untuk menentukan karakteristik reaktor untuk beberapa generator

yang berbeda ukuran dan dioperasikan paralel dengan generator lain. Hal ini harus

ditin jau secara khusus dan perhitungannya dilakukan meliputi semua kemungkinan

kombinasi dan susunan generator. Reaktor netral harus dip il ih untuk mencakup keadaan

yang terburuk. Bila mesin-mesin tersebut identik maka masalah menjadi sederhana.

Bila mesin-mesin tersebut dianggap sama dan diinginkan untuk mengoperasikan dengan

hanya satu unit yang ditanahkan, dapat digunakan sebuah reaktor diantara rel netral

dengan tanah untuk semua mesin, tiap-tiap mesin terhubung ke rel tanah melalui pemutus

netral (neutral circuit breaker). Bila dua atau lebih generator terhubung pada satu rel

dan ditanahkan melalui alat pengetanahan berimpedansi rendah secara bersama maka

terdapat kemungkinan timbulnya arus sirkulasi yang berlebihan yang mengalir diantara

netral generator dan ini memerlukan perhatian.

2.3.4 Pengetanahan Titikk Netral Secara Efektif

Suatu sistem atau sebagian dari sistem dikatakan ditanahkan secara efektif apabila

untuk tiap-tiap ti ti k pada sistem itu atau sebagian tertentu dari sistem itu mempunyai

harga (X^/X.) 3 dan (R^/X.) ^ 1 un tuk setiap macam keadaan kerja sistem.

Jadi bila seluruh sistem itu tidak efektif ditanahkan, bagian tertentu dari sistem itu

dapat dikatakan ditanahkan secara efektif bila memenuhi ketentuan diatas. Jadi

pengetanahan tanpa impedansi dan pengetanahan dengan reaktansi yang rendah dapat

digolongkan kedalam cara pengetanahan efektif.

Dalam beberapa hal perlu diselipkan impedansi antara netral dengan tanah

supaya arus gangguan pada sistem-sistem yang-sering kena gangguan dibatasi besarnya.


36/76

2.4 Sistem Yang Tidak Diketanahkan Atau Sistem Delta

Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan atau sistem delta bilamana tidak ada

hubungan galvanis antara sistem itu dengan tanah. Pada gambar 2.8, digambarkan

sebagian dari suatu sistem yang tidak diketanahkan.

Gambar 2.8. Sistem yang tidak diketanahkan.Misalkanlah :

EA, EB, EC : tegangan fasa terhadap tanah.

EAN, EBN, ECN : tegangan fasa terhadap netral.

ZA, ZB, ZC : impedansi kapasitif fasa-fasa A, B, dan C dari sistem

terhadap tanah.

N : titik netral.

Menurut hokum Kirchoffjumlah arus-arus,

IA + IB + EC = 0 (2.10)

Atau :

+ + = 0 (2.11)

Pada umumnya pada sistem-sistem tenaga selalu ada ketidak-seimbangan kapasitif

(capacitive unbalance). Sangat sulit untuk menghilangkan sama sekali ketidakseimbangan

ini. Untuk memperkecil ketidakseimbangan itu dilakukan dengan mentransposisikan kawat-

kawat.

2.5 Teori Komponen Simetris

Menurut Fortescue tiga buah vektor yang tidak seimbang dari sistem tiga fasa dapat

diuraikan menjadi tiga sistem vektor yang seimbang. Ketiga sistem tersebut adalah :


37/76

a) Komponen urutan positif terdiri dari tiga buah vektor yang sama besarnya, terpisah

antara satu dengan yang lainnya sebesar 1200 dan mempunyai urutan fasa yang

sama dengan vektor asalnya.

b) Komponen urutan negatif terdiri dari tiga buah vektor yang sama besarnya,

terpisah antara satu dengan lainnya sebesar 1200 dan mempunyai urutan fasa yang

sama dengan vektor asalnya.

c) Komponen urutan nol terdiri dari tiga buah vektor yang sama besarnya dan

berbeda fasa 00 antara vector yang satu dengan yang lainnya.

Untuk sistem tiga fasa kita akan selalu menghadapi tiga buah besaran vector yang

biasa dinamakan dengan vektor a, vektor b dan ve

ktor c, jadi untuk tegangan pada sistem tiga fasa, ketiga vektornya kita namakan Ea, Eb

dan Ec. Hal yang sama juga berlaku untuk arus yaitu Ia, Ib dan Ic. Untuk komponen

simetrisnya berlaku juga seperti diatas hanya untuk komponen urutan positif

ditambahkan indeks 1, untuk komponen urutan negatif ditambahkan indeks 2 dan

untuk komponen urutan nol ditambahkan indeks 0 sehingga komponen urutan positif

pada Ea, Eb dan Ec adalah Ea1, Eb1 dan Ec1 demikian pula untuk urutan negatifnya yaitu

Ea2, Eb2 dan Ec2. Untuk komponen urutan nolnya adalah Ea0, Eb0 dan Ec0.

Gambar 2.9. Komponen-komponen simetris dari tegangan sistem tiga fasa.

Gambar 2.10. Penjumlahan komponen-komponen simetris dari tegangan.


38/76

Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa sistem tiga fasa yang tidak seimbang

merupakan penjumlahan dari masing-masing komponen urutannya, yaitu :

Va = Va1 + Va2 + Va0 (2.12)

Vb = Vb1 + Vb2 + Va0 (2.13)

Vc = Vc1 + Vc2 + Va0 (2.14)

Pada umumnya komponen-komponen simetris dari Fortescue lebih baik dan paling

praktis digunakan dalam memecahkan soal-soal yang tidak simetris pada sistem tenaga.

2.6 Operator a

Karena adanya pergeseran fasa dan komponen simetris untuk tegangan dan arus

pada sistem tiga fasa maka diambil suatu metode untuk menentukan perputaran sudut

fasa sebesar 1200 . Dalam metode ini digunakan huruf a sebagai operator yang

menyatakan perputaran sudut sebesar 1200 dengan arah perputaran sudut berlawanan

dengan arah jarum jam.

Bila operator ini dinyatakan dalam bilangan kompleks yang dinyatakan dengan

besaran dan sudutnya maka operator a dapat ditulis sebagai berikut :

a = 1 < 1200

= ej120

= cos 1200

+ jSin 1200

a = - 0,5 + j0,866

Jika operator a ini dipangkatkan dua maka vektor ini akan berputar sebesar 240

0

danbila dipangkatkan tiga maka vektor ini akan berputar 360

0. Lihat sebagai berikut :


39/76

2.7 Penggunaan Operator a Pada Komponen Simetris

Jika pada sistem tiga fasa kita mengambil fasa a sebagai acuan maka dengan

menggunakan operator a akan menjadi :

1. Vektor urutan positif

Va1 = Va1

Vb1 = 1 < 2400 Va1 = a

2 Va1

Vc1 = 1 < 1200

Va1 = a Va1

2. Vektor urutan negatif

Va2 = Va2

Vb2 = 1 < 1200

Va2 = a Va2

Vc2 = 1 < 2400 Va2 = a

2 Va2

3. Vektor urutan nol

Va0 = Vb0 = Vc0

Hubungan antara besaran asal dengan komponen-komponen simetrisnya dalam bentuk

matrik adalah :

a) Untuk tegangan

= 1 1 111

=1 1 111

b) Untuk arus

= 1 1 111

= 1 1 111


40/76

2.8 Hubungan Singkat Tiga Phasa

Gangguan hubung singkat tiga phasa ini dapat menimbulkan loncatan bunga api

dengan suhu tinggi yang akan melelehkan belitan dengan resiko terjadinya kebakaran

jika isolasi tidak terbuat dari bahan yang anti api ( non flammable). Gangguan hubung

singkat tiga phasa tersebut ditunjukan pada gambar 5.1

G

L1

L2

L3

Ik3

Gambar 2.11 Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa

Gambar 2.12 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat Tiga Phasa

Untuk menghitung nilai arus gangguan tersebut dapat menggunakan persamaan

berikut.

Ik3 =

(2.15)

Dimana : c = Faktor Tegangan = 1.05

Un = Tegangan Nominal

Z1 = Impedansi Urutan Positif


41/76

2.9 Hubungan Singkat Dua Phasa

Gangguan hubung singkat 2 phasa (unbalance fault) dan gangguan hubung singkat

2 phasa ke tanah dapat mengakibatkan terjadinya kerusakan pada belitan, dan akan

menimbulkan vibrasi pada kumparan stator, selain itu kerusakan lain yang timbul

adalah pada poros (shaft) dan kopling turbin akibat adanya momen puntir yang besar.

G

L1

L2

L3

Ik2E

IkE2E

Gambar 2.13 Gangguan Hubung Singkat Dua Phasa Ke Tanah

Gambar 2.14 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat Dua Phasa Ke Tanah.

Untuk menghitung nilai arus gangguan hubung singkat dua phasa ke tanah

dapat menggunakan persamaan berikut.

IkE2E = . .

(2.16)


42/76

Dimana : c = Faktor Tegangan = 1.05

Un = Tegangan Nomina


Z0 = Impedansi Urutan Nol

2.10 Hubungan Singkat Satu Phasa Ke Tanah

Kerusakan akibat gangguan 2 phasa atau antara konduktor kadangkadang masih

dapat di perbaiki dengan menyambung (taping) atau mengganti sebagian konduktor

tetapi kerusakan laminasi besi (iron lamination) akibat gangguan 1 phasa ketanah yang

menimbulkan bunga api dan merusak isolasi dan inti besi adalah kerusakan serius yang

perbaikannya dilakukan secara total. Gangguan jenis ini meskipun kecil harus segeradiproteksi. Gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah seperti ditunjukan pada

gambar 2.14

Gambar 2.15 Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa Ke Tanah


43/76

Gambar 2.16 Rangkaian Ekivalen Gangguan Hubung Singkat Satu Phasa Ke Tanah

Untuk menghitung nilai arus gangguan hubung singkat dua phasa dapat

menggunakan persamaan berikut.

Ik1 = .

(2.17)

Dimana : c = Faktor Tegangan = 1.05Un = Tegangan Nominal


Z0 = Impedansi Urutan Nol

2.10 Analisa Arus Hubung Singkat Menurut Standard IEC 60 909

Arus hubung singkat yang terjadi akibat gangguan hubung singkat tiga phasa, dua

phasa, dan satu phasa terdiri dari tiga bagian atau daerah, yaitu daerah subtransient,

daerah transient, dan daerah steady state.

Kondisi subtransient terjadi ketika waktu pada cycle pertama atau setelah gangguan

itu terjadi dengan arus ac yang sangat besar dan penurunannya sangat cepat, kondisi

transient terjadi selama waktu tingkat penurunannya lebih lambat, dan kondisi steady

state terjadi ketika selama waktu penurunanya sudah mendekati stabil.


44/76

Menurut Standard IEC 60 909 kondisi subtransient terjadi dalam waktu 10 ms

sampai dengan 20 ms, sedangkan kondisi transient terjadi dalam waktu sampai dengan

500 ms.

Untuk menghitung arus hubung singkat maksimum dimana gangguan tersebut jauh

dari generator, maka dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

I =

(sin( + ) sin( ) ) (2.18)

Untuk menghitung arus hubung singkat maksimum dimana gangguan tersebut dekat

dari generator, maka dapat ditentukan dengan persamaan berikut :

I = E2 [("

` ) " + (

` ) ` + ] cos wt

"


45/76

BAB III

METODA PERHITUNGAN DAN SIMULASI

PENTANAHAN NETRAL GENERATOR

3.1 Langkah Penelitian

Metodologi penelitian merupakan proses ataupun langkah-langkah yang bertujuan

supaya penelitian dapat dilakukan secara sistematis. Penelitian dilakukan berdasarkan

beberapa tahapan dari awal hingga akhir yang dinyatakan dalam diagram alir.

Gambar 3.1 Flow Chart Langkah Penelitian


46/76

Gambar 3.1 menjelaskan langkah-langkah penelitian yang dilakukan. Pertama

mengambil data-data yang diperlukan dalam penelitian seperti : data generator, trafo, luas

area pembangkit dan tahanan jenis tanah. Setelah itu pada software ETAP inputbesaran

generator : P, f, pf, V, pole, Xd, Xd dan Xd kemudian dilakukan percobaan hubung

singkat 3 phasa ke tanah yang nilai gangguan hubung singkatnya digunakan sebagai

parameter pemilihan pentanahan netral dimana jika R0 2 X0 dan IFG = 10 % - 25% dari

If3 maka jenis pentanahan yang digunakan adalah pentanahan netral menggunakan

tahanan rendah, X0 X1 dan IFG = 25% - 60% dari If3 maka jenis pentanahan yang

digunakan adalah pentanahan netral menggunakan reactordan jika R0 Xc0/3 dan IFG =

kecil maka jenis pentanahan yang digunakan adalah pentanahan netral menggunakan

tahanan tinggi. Kemudian dilanjutkan dengan simulasi nilai tahanan yang akandigunakan, tegangan sentuh dan tegangan langkah pada area pembangkit. Selain simulasi

menggunakan software ETAP, pemilihan pentanahan titik netral juga menggunakan

perhitungan manual agar hasil yang didapatkan lebih akurat.

3.2 Data Penelitian

Data yang harus di peroleh untuk melakukan penelitian pemilihan pentanahan netral

generator pada PLTMH Nua Ambon. Berikut ini data yang didapatkan :

Gambar 3.2 Konfigurasi sistem Pentanahan PLTMH Nua Ambon


47/76

Tabel 3.1 menunjukkan data generator 2 x 4,4 MW di Nua Ambon yang terdiri dari daya

aktif, daya semu, power faktor, poles, kecepatan motor (rpm), tegangan phasa-phasa,

tegangan phasa netral dan arus nominal masing-masing generator.

Tabel 3.1 Data Saluran Transmisi

3.3 Perhitungan Arus Hubung Singkat Tiga Phasa ke Tanah

Rumus dalam perhitungan :

Impedansi dasar : Zd = (Eg)2/ (S) [Ohm]

Xd

= (Xd/ 100) . Zd [Ohm]

dimana :

Zd = Impedansi Dasar ()

Eg = Tegangan 1 Phasa (V)

S = Daya Semu (MVA)

Xd= Reaktansi Subtransient ()

DATA GENERATOR PLTMH NUA

ITEMGenerator

NUA 1

Generator

NUA 2

DAYA AKTIF 4,4 MW 4,4 MW

DAYA SEMU 5,176 MVA 5,176 MVA

POWER FACTOR (%) 80 % 80 %

POLES 10 10

RPM 600 600

TEGANGAN PHASA-PHASA 6,3 KV 6,3 KV

TEGANGAN PHASA-NETRAL 3,67 KV 3,67 KV

ARUS NOMINAL 504 A 504 A


48/76

Gambar 3.3 Rangkaian Pengganti Gangguan Hubung Singkat 3 Phasa

Pada saat terjadi gangguan hubung singkat pada generator akan timbul komponen

arus bolak-balik (A) yang terdiri dari arus subtransien (Xd), arus transien (Xd

), arus

steady state (keadaan mantap) juga timbul komponen arus searah (DC). Sedangkan

besar komponen arus bolak-balik tersebut adalah jumlah dari arus subtransien, arus

transien, arus steady state adalah:

IAC = E [ 1/Xd + ( 1/Xd - 1/Xd) e- (t/T

d)

+ ( 1/Xd - 1/Xd) e- (t/T

d)

(3.1)

besar komponen arus searah :

IDC = (2E/X) (e-(t/T

a)) ( Cos ) (3.2)

dimana : = switching angle

Arus efektif akan maksimum pada saat t = 0 dan arus searah akan maksimum bila t =

0 dan = 0, maka :

I(maks) = [ ( E/Xd)2 + ( 2E/Xd)

2 ]1/2 (3.3)

I(maks) = 3 ( E/Xd) (3.4)

Jadi arus gangguan hubung singkat tiga phasa yang terjadi pada jepitan-jepitan

generator adalah :

If3 = 3 . (Eg/ Xd) [A] (3.5)

3.4 Pemilihan Metoda Pentanahan Netral Generator

Pemilihan metoda pentanahan ditinjau berdasarkan data pada generator dan hasil

perhitungan arus hubung singkat tiga phasa ke tanah. Syarat-syarat pemilihan metoda

pentanahan netral generator sebagai berikut :

a) Pentanahan dengan tahanan rendah : R0 2 X0 dan IFG = 10 % - 25% dari If3.Titik netral generator dihubungkan ke tanah melalui sebuah tahanan yang

berfungsi untuk membatasi arus gangguan tanah sampai beberapa ratus ampere

(200-600 A). Arus gangguan ini sangat besar dan dapat merusak stator, namun

pada saat yang sama, arus ini cukup besar sehingga dapat dirasakan oleh rele


49/76

sehingga didapat sistem proteksi yang handal dan selektif. Sistem pembumian

melalui tahanan rendah jarang digunakan sekarang karena besarnya resiko

kebakaran stator generator akibat besarnya arus yang mengalir saat gangguan.

Namun, sistem pembumian ini paling sering digunakan untuk industri yang

menggunakan tegangan menengah.

b) Pentanahan dengan tahanan tinggi : R0 Xc0/3 dan IFG = kecil

Tahanan tinggi dihubungkan antara titik netral generator dengan tanah.

Terkadang, tahanan tinggi dihubungkan pada belitan sekunder transformator satu

fasa (transformator distribusi) atau pada pembumian netral transformator. Metode

ini membatasi arus gangguan tanah sebesar 5-10 A.

c) Pentanahan dengan reaktor : X0 X

1 dan IFG = 25% - 60% dari If3

Reaktor pentanahan digunakan bilamana trafo daya tidak cukup membatasi arus

gangguan tanah. Reaktor itu digunakan untuk memenuhi persyaratan dari sistem

yang diketanahkan dengan reaktor di mana besar arus gangguan di atas 25% dari

arus gangguan 3 phasa.

3.5 Perhitungan Nilai Tahanan (Resistansi) Rendah yang Digunakan

Dari syarat-syarat pada bab 3.4, sesuai hasil perhitungan arus hubung singkat tiga

phasa ke tanah maka penelitian ini memilih menggunakan metoda pentanahan dengan

tahanan rendah dimana R0 2 X0 dan

IFG = 10% - 25% dari If3. Sehingga kita dapat menentukan nilai tahanan yang akan

digunakan dengan memasukkan nilai arus nominal generator = 504 A :

= (3.6)

Untuk menentukan daya Resistor :

P = I2. R (3.7)

dimana :

R = Tahanan ()

I = Arus (A)

V = Tegangan (V)

P = Daya generator (W)


50/76

3.6 Perhitungan Arus Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah

Arus gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah yang terjadi pada generator :

If1 = 3.Eg/ (Z1+ Z2 + Z0 + 3Zn) A (3.8)

dimana :

If1 = Arus gangguan 1 phasa ke tanah (A)

Eg = Tegangan 1 phasa (V)

Zn = Impedansi ()

X0 = Reaktansi urutan nol ()

X1 = Reaktansi urutan positif ()

X2 = Reaktansi urutan negatif ()

Gambar 3.4 Rangkaian Ekivalen Hubung Singkat 1 Phasa ke Tanah

Harga arus gangguan hubung singkat satu phasa ke tanah ini tergantung pada harga Zn

atau tergantung pada impedansi pentanahan netral generator tersebut.

3.7 Perhitungan Tegangan Langkah dan Tegangan sentuh sistem Grounding Grid.

Luas daerah pembangkit adalah 40 m x 30 m dengan letak peralatan seperti dalam

gambar. Dengan memperhatikan luas dan situasi letak peralatan pada Gardu Induk,

maka dapat diperkirakan susunan pentanahan grid yang akan dipasangkan. Arus

hubungan singkat ketanah diketahui untuk menentukan besarnya arus maksimum

yang mungkin mengalir dalam tanah akibat terjadinya hubungan singkat ketanah .

Perencanaan sistem pentanahan pada gardu induk didasarkan pada standar IEEE 80,

dengan ukuran/langkah-langkah sebagai berikut:


51/76

a. Pemeriksaan tahanan jenis tanah.

b. Perencanaan pendahuluan tata letak (layout).

c. Perhitungan arus fibrilasi.

d. Menghitung jumlah batang pentanahan yang diperlukan

e. Menghitung tegangan sentuh yang diizinkan.

f. Menghitung tegangan sentuh maksimum sebenarnya.

g. Menghitung tegangan langkah yang di izinkan.

h. Menghitung tegangan langkah maksimum sebenarnya.

3.7.1. Tahanan Jenis Tanah

Tahanan jenis tanah nilai tahanannya dapat diperoleh dari kondisi dan jenis tanahyang ada disekitar garud induk. Pengukuran tahanan jenis tanah pada lokasi gardu

induk diambil pada berapa lokasi pada areal, untuk menghitung tahanan jenis tanah

dapat dihitung dengan mengunakan persamaan berikut :

= 2 . . aR (3.9)

Keterangan :

= Tahanan jenis rata-rata tanah. (Ohm-meter)

a = Jarak antara batang elektroda yang dekat (meter)

R = Besar Tahanan yang terukur. (Ohm)

Tabel 3.2 Tahanan Jenis Tanah


52/76

Selain menggunakan perhitungan tahanan jenis tanah juga dapat dilihat dari tabel

yang telah ditetapkan oleh PUIL 2000.

3.7.2 Tata Letak (Layout)

Kisi-kisi (grid) pentanahan menggunakan konduktor tembaga bulat yang ditanam

pada seluruh batas gardu induk. Pengaturan tata letak sistem pentanahan pada suatu

gardu induk dapat dilihat pada gambar berikut ini. Pada gambar tersebut diberikan

panjang konduktor termasuk batang pentanahan = 812 meter

3.7.3 Jumlah Batang Pentanahan Yang Diperlukan

Pada waktu arus gangguan mengalir antara batang pentanahan dan tanah akan

menjadi panas akibat arus I2. Suhu tanah harus tetap dibawah 100 c, untuk menjaga

jangan sampai terjadi penguapan air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan

jenis. Seluruh panjang batang pentanahan yang diperlukan dihitung dari pembagian

arus gangguan ketanah dengan kerapatan arus yang diizinkan, sedangkan jumlah

batang pentanahan yang di tanahkan diperlukan dari pembagian panjang satu

batang. Jadi bila besar arus gangguan ketanah (546) amper maka jumlah batang

pentanahan minimum dengan panjang (3,5 meter).

3.7.4 Tegangan Sentuh Yang Diizinkan

Tegangan sentuh yang yang diizinkan dapat dihitung dengan terlebih dahulu

mencari besaran-besaran berikut :

a) Arus Fibrilasi

Besarnya arus fibrilasi yang mengalir pada tubuh manusia keterangan arus listrik

dapat menyebabkan jantung mulai fibrilasi dapat dihitung berdasarkan persamaan

dibawah ini :

K50 = 0,166 Ampere

Ik =,

(3.10)

Keterangan :

Ik = Arus fibrilasi (Amp)


53/76

t = Lama waktu gangguan (detik) = 0,75 detik.

Lama waktu gangguan tergantung dari berapa faktor, antara lain statilitas, tipe

switchyard dan tipe relay dan pemutusan daya yang digunakan. Sebegitu jauh belum

ada standard mengenai lama waktu gangguan. Waktu yang dianggap realistis

berkisar antara 0,5 detik sampai 1,0 detik. Pengambilan waktu 0,75 detik dianggap

sudah memenuhi persyaratan dan cukup realistis. Maka nilai tegangan sentuh dapat

dicari dengan memasukkan data :

Ik = Arus Fibrilasi = 0.164 A

Rk = Tahanan Badan Manusia = 1000 Ohm/meter.

s = Tahanan Jenis Tanah =2500 ohm-m

Maka didapat tegangan sentuh yang diizinkan :Es = (Rk+ 3 s/2) Ik (3.11)

Gambar 3.5 Tegangan Sentuh Pada Pembangkit

3.7.5 Tegangan Langkah Yang Diizinkan

Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul diantara dua kaki orang yang

sedang berdiri diatas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ketanah.

Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan

diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu. Pada

gambar 2 diperlihatkan tegangan langkah yang dekat dengan peralatan yang

diketanahkan


54/76

Gambar 3.6 Tegangan Langkah Pada Pembangkit

Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan tegangan

langkah sebagai berikut :

El = ( Rk + 2 Rf ). Ik

= ( 1000 + 6s ) x 0,116/t

(3.12)

Keterangan :

E1 = Tegangan langkah (Volt)

Rk = Tahanan badan (orang ohm) = 1000 .

Rf = Tahanan kontakketanah dari satu kaki (dalam ohm) = 3s

t = Waktu kejut (dalam detik)

s = tahanan jenis tanah

3.8 Simulasi Hubung Singkat Generator Menggunakan ETAP 7

Selain dengan cara perhitungan kita juga dapat mencari besar arus hubung

singkat ke tanah dengan simulasi menggunakan software ETAP 7. Berikut cara

menhitung arus hubung singkat dengan simulasi ETAP 7 :

a) Hubung Singkat 3 Phasa ke Tanah

Arus hubung singkat tiga phasa ke tanah dapat diketahui dengan

memasukkan data generator, trafo dan beban-beban (Pada lampiran). Setelahdata-data tersebut telah dimasukkan kemudian menentukan short circuit

analisys dengan mengatur short circuit study case sesuai titik gangguan yang

akan ditinjau. Dalam tugas akhir ini titik yang ditinjau pada bus 203-2.


55/76

Setelah itu rangkaian di running untuk melihat gangguan tiga phasa ke tanah

seperti pada gambar berikut :

Gambar 3.7 Tabel Pada ETAP 7 Untuk Input Data Generator

b) Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah dengan Metoda Pentanahan

Menggunakan Reaktansi.

Arus hubung singkat satu phasa ke tanah dengan metoda pentanahan

menggunakan reaktansi dapat diketahui dengan memasukkan data generator,

trafo dan beban-beban (Pada lampiran) serta pada titik netral generator dan

trafo yang di hubungkan menggunakan reaktansi.

Gambar 3.8 Pemilihan Jenis Pentanahan Menggunakan Resistor Pada ETAP 7

3.9 Simulasi Grounding Grid Menggunakan ETAP 7

Dengan memperhatikan luas dan situasi letak peralatan pada Pembangkit, maka

dapat diperkirakan susunan pentanahan grid yang akan dipasangkan. Arus hubungan

singkat ketanah diketahui untuk menentukan besarnya arus maksimum yang


56/76

mungkin mengalir dalam tanah akibat terjadinya hubungan singkat ketanah.

Perencanaan sistem pentanahan pada pembangkit ini didasarkan pada standar IEEE

80, dengan langkah-langkah sebagai berikut

a. Memasukkan data arus hubung singkat satu phasa tanah

a. Memasukkan data tahanan jenis tanah.

b. Perencanaan pendahuluan tata letak (layout).

c. Memasukkan jumlah batang pentanahan yang diperlukan

Gambar 3.9 Study Case Editor ETAP 7


57/76

Gambar 3.10 Soil Editor ETAP 7

3.9.1 Simulasi Tegangan Sentuh dan Tegangan Langkaha) Pada titik gangguan Bus 203-2

Untuk menentukan tegangan sentuh dan tegangan langkah pada

pembangkit maka dimasukkan data-data besar arus hubung singkat satu

phasa ke tanah, luas area pembangkit, banyak elektroda yang terpasang

dan dalam pentanahan elektroda pada kolom IEEE Group Editor, maka

akan didapatkan nilai tegangan sentuh dan tegangan langkah yang terjadi

pada pembangkit.

Gambar 3.11 Study Case Editor Titik Gangguan Bus 203-2 ETAP 7


58/76

Gambar 3.12 IEEE Group Editor ETAP 7

b) Pada titik gangguan Bus 20 kV

Untuk menentukan tegangan sentuh dan tegangan langkah pada

pembangkit maka dimasukkan data-data besar arus hubung singkat satu

phasa ke tanah, luas area pembangkit, banyak elektroda yang terpasang

dan dalam pentanahan elektroda pada kolom IEEE Group Editor, maka

akan didapatkan nilai tegangan sentuh dan tegangan langkah yang terjadi

pada pembangkit.

Gambar 3.13Study Case Editor Titik Gangguan 20 kV ETAP 7


59/76

Gambar 3.14 IEEE Group Editor ETAP 7


60/76

KETERANGAN SATUAN

OHM VOLT KA

Zd 7.668083462

Eg 3.637306696

Xd 1.456935858

If3 4.324143693

BAB IV

HASIL PERHITUNGAN, SIMULASI, DAN

ANALISIS

4.1 Hasil Perhitungan Arus Hubung Singkat

a) Hubung Singkat Tiga Phasa ke Tanah

Zd = (kV)2/ (MVA)

Xd

= (Xd/ 100) . Id

If3 = I

= 3 . (Eg/ Xd)

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Hubung Singkat 3 Phasa ke Tanah

a) Perhitungan Nilai Tahanan (Resistansi) Rendah yang Digunakan

Sesuai hasil perhitungan arus hubung singkat tiga phasa ke tanah maka penelitian

ini memilih menggunakan metoda pentanahan dengan tahanan rendah dimana R0 2

X0 dan IFG = 10 % - 25% dari I3. Sehingga kita dapat menentukan nilai tahanan yang

akan digunakan dengan memasukkan nilai arus nominal (In) generator = 504 A :

= Vln

untuk menentukan daya Resistor :

P = I2. R


61/76

KETERANGAN SATUAN

OHM AMPERE VOLT

Zn 7.21

If1 503.5496078

Maka diperoleh nilai Tahanan (R) yang digunakan = 7,21 dengan daya 1,9 MW

sehingga nilai Tahanan (R) yang digunakan sesuai yang ada dipasaran yaitu 7,5

dengan daya 2 MW.

b) Hubung Singkat Satu Phasa ke Tanah Metoda Pentanahan Menggunakan

Resistansi

X0 = 0.01

X1 = 0.01

X2 = 0.02

If1 = 3 (3637 + j 0) / (3Zn + j(0.01 + 0.02) + 0.01) A

= (10911.92 + j 0) / (3Zn + j 0,04) A

Tabel 4.2 Hasil Perhitungan Hubung Singkat 1 Phasa ke Tanah

4.2 Perhitungan Tegangan Langkah dan Tegangan sentuh Pada sistem Grounding

Grid

Berdasarkan hasil perancangan didapatkan parameter sebagai berikut :

Gambar 4.1Layout Sistem Grounding Grid


62/76

Panjang = 40 meter

Lebar = 30 meter

Tahanan jenis Tanah = 2500 Ohm-meter

4.2.1 Tahanan Jenis Tanah

Dari tabel data tahanan jenis tanah di dapatkan data tahanan jenis tanahadalah 2500 Ohm-meter dan nilai a = 10 meter.a = Jarak antara batang elektroda yang dekat

R = Besar Tahanan yang terukur.

Dari persamaan diatas maka di dapatkan nilai R = 29,87Ohm, sehingga tahanan jenis tanah = 2500 Ohm-meter.

4.2.2 Jumlah Batang Pentanahan Yang Diperlukan

Untuk menghitung jumlah batang pentanahan yang diperlukan maka kita

harus menghitung kerapatan arus yang diizinkan pada permukaan batang

pentanahan dapat dihitung menggunakan persamaan :

i = 3,14 x 10-5 d

di mana :

i = kerapatan arus yang diizinkan (amp/cm)

d = diameter batang pentanahan (mm) = 20 mm (diambil)

= panas spesifik rata-rata tanah (kurang lebih 1,75 x 10

6

watt- detik tiap

m3

= kenaikan suhu tanah yang diizinkan (oC) = 50oC (diambil)

= tahanan jenis tanah (Ohm-meter)

t = lama waktu gangguan = 0,75 detik

Maka kerapatan arus = 0,135 amp/cm

Jadi bila arus gangguan 503,54 Amper maka jumlah batang pentanahan

minimum dengan panjang 3,5 meter :

= = ,

, , = 11

4.2.3 Tegangan Sentuh Yang Diizinkan

Tegangan sentuh yang yang diizinkan dapat dihitung dengan menghitung

nilai arus fibrilasi :


63/76

a) Arus Fibrilasi

Data yang diperlukan untuk menghitung

Analisis Pemilihan Pentanahan Titik Netral Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro 2 x...

Documents

Transcript of Analisis Pemilihan Pentanahan Titik Netral Generator Pada Pembangkit Listrik Tenaga Mikro Hidro 2 x...

93327838 Percobaan Tahanan Pentanahan

Pengantar: Panduan Praktis Implementasi NUA

hidro baru

PENULIS - bse.mahoni.combse.mahoni.com/data/2013/kelas_11smk/Kelas_11_SMK_Kontrol... · Sistem Pentanahan Listrik - Elektroda pentanahan - Penghantar pentanahan ... Mengkategorikan

MEGGER & PENGUKURAN PENTANAHAN

hidro awal

Landasan teori pentanahan

Sistem Pentanahan

Tujuan Utama Sistem Pentanahan

Survei Hidro Oseanografi

hidro azar

Slide2 hidro

Pentanahan Sistem Tegangan Rendah

20. Pentanahan Sistem Distribusi

9 Sistem Pentanahan

pentanahan kopesera revisi 1

Pentanahan Merupakan Sistem Pengamanan

hidro tEGAL

Resume Hidro

Pentanahan Dist