1

ANALISIS SISTEM PENTANAHAN PERALATAN

PADA KOMPONEN UTAMA PADA GARDU INDUK

DI MAROS

GROUNDING SYSTEM ANALYSIS OF THE MAIN

COMPONENT EQUIPMENT AC SUBSTATION

OF MAROS

JULIANA SULAIMAN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2012

2

ANALISIS SISTEM PENTANAHAN PERALATAN

PADA KOMPONEN UTAMA PADA GARDU INDUK

DI MAROS

Tesis

Sebagai Salah Satu Syarat untuk Mencapai Gelar Magister

Program Studi Teknik Elektro

Disusun dan Diajukan Oleh

JULIANA SULAIMAN

kepada

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2012

3

PERNYATAAN KEASLIAN TESIS

Yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Juliana Sulaiman

Nomor Mahasiswa : P2700209063

Program Studi : Teknik Elektro

Menyatakan dengan sebenarnya bahwa tesis yang saya tulis ini benar-

benar merupakan hasil karya saya sendiri, bukan merupakan

pengambilalihan tulisan atau pemikiran orang lain. Apabila di kemudian

hari terbukti atau dapat dibuktikan bahwa sebagian atau keseluruhan tesis

ini hasil karya orang lain, saya bersedia menerima sanksi atas perbuatan

tersebut.

Makassar, Februari 2012

yang menyatakan

Juliana Sulaiman

4

PRAKATA

Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah yang telah

memberikan rahmat, hidayah serta karunia-Nya sehingga penyusunan

hasil penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik.

Penulis menyadari bahwa penyusunan penelitian ini tidak luput dari

segala kekurangan. Namun berkat bantuan, motivasi dan doa dari

berbagai pihak sehingga penyusunan penelitian ini dapat terselesaikan.

Pada kesempatan ini penulis dengan tulus menyampaikan rasa

terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :

1. Prof. DR. Ir. H. Salama Manjang, MT., sebagai Ketua Program Studi

Teknik Elektro Program Pascasarjana Universitas Hasanuddin

sekaligus sebagai Sekertaris Komosi Penasehat.

2. Prof. DR. Ir. Muh. Arief, Dipl. Eng., selaku Ketua Komisi Penasehat.

3. Prof. DR. Ir. H. Nadjamuddin Harun, MS., selaku Dosen Penguji

4. Prof. DR. Ir. H. Muh. Tola, M.Eng., selaku. Dosen Penguji

5. DR. Ir. H. Andani Achmad., selaku Dosen Penguji..

6. Seluruh staf dan pegawai PT. PLN (Persero) Cab Makassar

7. Seluruh dosen, kepala dan staf jurusan, kepala dan staf perpustakaan

Teknik Elektro Program Sarjana Universitas Hasanuddin yang tidak

sempat kami sebutkan namanya.

5

8. Kedua orang tua, khususnya Bapak SulaIman Dassi, Ibu Elisabeth

R.U. (Almh)¸ kakak dan adik serta keluarga tercinta yang telah

memberikan dukungan moril maupun materil.

9. Untuk Suami yang tercinta Agus Handoyo dan anakku tercinta

Johanes Auzora Handoyo yang memberi dukungan..

10. Terima kasih yang sebesar- besarnya kepada bapak Matius Sau’ yang

telah membantu dan membimbing serta memberikan dukungan.

11. Seluruh teman-teman, mahasiswa Jurusan Teknik Elektro Program

Pascasarjana Universitas Hasanuddin khususnya angkatan 2009.

Diharapkan agar tulisan ini nantinya dapat bermanfaat bagi setiap

mahasiswa yang berkecimpung dalam pengembangan ilmu

ketenagalistrikan. Disadari pula tulisan ini masih jauh dari kesempurnaan

karena kesempurnaan hanyalah milik Allah SWT. oleh karena itu saran

dan kritikan yang sifatnya membangun senantiasa kami harapkan untuk

memperoleh hasil yang lebih baik. Semoga Allah SWT selalu memberikan

Rahmat-Nya kepada kita semua. Amiin.

Makassar, 2012

Penulis

6

ABSTRAK

Juliana Suleman, Analisis Sistem Pentanahan PeralatanKomponen Utama pada Gardu Induk Maros( Dibimbing oleh Prof. DR. Ir. H. Muh. Arief, Dipl. Ing.

Dan Prof. DR. Ir. H. Salama Manjang, MT.)

Penelitian ini bertujuan untuk (1) Menghitung besarnya tahananpentanahan pada gardu induk Maros (2) Menghitung besar arusgangguan saat terjadi kegagalan isolasi sistem pada gardu induk Maros.(3) Menghitung besar tegangan sentuh dan tegangan langkah saatterjadi kegagalan isolasi sistem pada gardu induk Maros. (4)Mengevaluasi sistem pentanahan peralatan komponen utama padagardu induk Maros. Metode peneltian yang dilakukan dengan carakualitatif menggunakan simulasi ETAP. Hasil penelitian menunjukkanbahwa (1) Besarnya tahanan pentanahan pada pada gardu induk Marossebesar 0.71476 Ohm (metode Sverak) dan 0.50235 Ohm (metodeScwarz). (2) Besarnya arus gangguan yang timbul pada saat hubungsingkat satu fasa ke tanah selama 0.1 detik berdasarkan hasilpengukuran sebesar 10 kA, sedangkan hasil analitik memungkin arus gridsebesar 27,996 kA (3) Besarnya tegangan sentuh sebesar 154.8623Volt (50 kg) dan 282.1918 Volt (70 kg). Sedangkan tegangan langkahsebesar 491.3763 Volt (50 kg) dan 895.3911 Volt (70 kg). (4) Hasilevaluasi yang telah dilakukan dengan membandingkan hasil perhitungan,hasil simulasi dengan ETAP dan hasil pengukuran dengan standar IEEEmaka sistem pentanahan gardu induk maros memenuhi syarat untuktahanan sistem,pentanahan tegangan sentuh dan tegangan langkah yangdiizinkan.

Kata Kunci : Sistem Pentanahan, Gardu Induk, Tahanan, Tegangan,ETAP

7

ABSTRACT

Juliana Sulaiman, The analysis of the Grounding system of maincomponent equipment in Maros main station

( Supervised by Prof. DR. Ir. H. Muh. Arief, Dipl. Ing.and Prof. DR. Ir. H. Salama Manjang, MT.)

This research aims to (1) analysis grounding resistance in Marossubstation (2) Analysis of failure current cause of short circuit (3)Analysis touch voltage and step voltage cause of one phase to groundshort circuit (4) Evaluation of grounding system in Maros substation. Themethod was doing in research is qualitative used ETAP simulation. Theresults are (1) Resistance of grounding system are 0.71476 Ohm withSverak methods and 0.50235 Ohm with Scwarz methods. (2) the value ofcurrent of failure cause by one phase to ground short circuit is 10 kA byobtain with measured, and the analytic is 27,996 kA by grid current (3)the value of touch voltage is 154.8623 Volt (weight is 50 kg) and282.1918 Volt (weight is 70 kg), and then the step voltage 491.3763 Volt(weight is 50 kg) and 895.3911 Volt (weight is 70 kg). (4) the evaluationresult was done with compare of analytic, measure and simulation withETAP show that the grounding system in Maros substation are standard ofrequest in grounding resistance, touch and step voltages.

Key words: Grounding system, main station, Resistance, Voltages, ETAP

8

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Pentanahan merupakan bagian yang sangat penting karena

merupakan titik referensi tegangan nol bagi pusat pembangkit, peralatan

gardu induk dan peralatan lainnya Pentanahan yang dilakukan ini juga

berfungsi untuk mencegah terjadinya kejutan listrik pada manusia

(operator) apabila terjadi kebocoran arus listrik atau kegagalan fungsi

isolasi (kegagalan fungsi alat).

Sistem pentanahan yang dilaksanakan pada komponen

utama pada gardu induk harus handal dan kuat serta ditinjau dari segi

keandalan sangat ekonomis, apabila sistem mengalami hubungan

singkat fase ke tanah. Gangguan hubungan singkat fase ke tanah

mempunyai konstribusi daya yang cukup besar sehingga sistem

pentanahan yang handal dan harus kuat menanggung beban secara

mendadak (suddenly) yang mengakibatkan goncangan stabilitas

pembangkit. Sistem akan stabil jika sistem pentanahan mampu merespons

secara cepat gangguan yang terjadi.

Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap

manusia, bilamana terjadi kontak langsung atau manusia berada dalam

suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Pada

gardu induk, besar kemungkinan terjadi bahaya yang disebabkan oleh

9

timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir ke bumi. Arus

gangguan ini mengalir pada bagian -bagian peralatan yang terbuat

dari metal dan juga mengalir dalam tanah sekitar gardu induk. Arus

gangguan tersebut akan menimbulkan gradien tegangan antara peralatan

dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan

permukaan tanah itu sendiri.

Dengan dibangunnya Gardu induk sistem interkoneksi jalur

tengah dari GI Sidrap ke Sungguminasa lewat Maros, maka gardu

induk Maros yang bertegangan 70 kV sebelumnya dinaikkan

tegangannya menjadi 150 kV. Dengan demikian maka sistem

pentanahan yang ada tentunya akan diperbaharui sesuai dengan

peruntukannya. Oleh karena itu, maka penelian ini dilakukan

untuk mengevaluasi sistem pentanahan gardu induk Maros 150

kV sehingga.nantinya dapat diketahui aman tidaknya terhadap

operator atau manusia yang berada disekitar GI induk bila terjadi

gangguan atau kegagalan peralatan akibat gangguan.

B. Perumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang diuraikan di atas, maka

masalah yang ada dapat dirumuskan sebagai berikut :

1. Bagaimana menghitung

besarnya tahanan pentanahan pada gardu induk ?

10

2. Bagaimana menghitung

besar arus gangguan yang timbul pada saat terjadi

kegagalan isolasi pada kompenen utama pada gardu induk ?

3. Bagaimana menghitung

besar tegangan sentuh dan tegangan langkah yang timbul

pada saat terjadi kegagalan isolasi sistem pada kompenen

utama pada gardu induk ini ?

4. Bagaimana mengevaluasi

sistem pentanahan peralatan komponen utama pada gardu

induk ?

C. Tujuan Penelitiaan

Adapun tujuan penelitian ini, adalah:

1. Menghitung besarnya tahanan pentanahan pada pada gardu

induk Maros

2. Menghitung besar arus gangguan yang timbul pada saat

terjadi kegagalan isolasi sistem pada gardu induk Maros.

3. Menghitung besar tegangan sentuh dan tegangan langkah

yang timbul pada saat terjadi kegagalan isolasi sistem pada

gardu induk Maros.

4. Mengevaluasi sistem pentanahan peralatan komponen utama

pada gardu induk Maros.

11

D. Manfaat Penelitian

Manfaat penetitian adalah :

1. Berguna bagi perkembangan ilmu pengetahuan di bidang

ketenaga listrikan untuk masa yang akan datang,

terutama dalam hal sistem pentanahan peralatan

komponen utama pada gardu induk, yang menyangkut

keselamatan operator dan keamanan peralatan sistem

pembangkit, akibat kegagalan isolasi sistem yang

menyebabkan tegangan sentuh.

2. Berguna untuk pertimbangan dalam mengoptimalkan

kinerja sistem pada gardu induk.

3. Dapat memberikan konstribusi dalam perancangan pada

gardu induk.

E. Ruang Lingkup dan Batasan Masalah

Penelitian ini dilakasanakan di gardu induk 150 kV Maros

secara khusus pada peralatan sistem pentanahan seperti ukuran

konduktor pentanahan, elektroda, transformator daya dan

peralatan proteksi. Dengan demikian maka tahanan sistem

pentanahan, besar tegangan sentuh dan tegangan langkah yang

timbul pada saat terjadi kegagalan isolasi dapat diketahui, tanpa

12

menganalisis kondisi sistem pentanahan saat terjadi gangguan di

jaringan.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Tinjauan umum Gardu Induk

Gardu Induk merupakan sub sistem dari sistem penyaluran

(transmisi) tenaga listrik atau merupakan satu kesatuan dari sistem

penyaluran (transmisi). Penyaluran (transmisi) merupakan sub dari sistem

tenaga listrik. Gardu induk mempunyai peranan penting dalam

pengoperasian yang tidak dapat dipisahkan dari sistem penyaluran

transmisi dimana pada umumnya yang terpasang di Indonesia hanya

bersifat praktis (terapan) sesuai konstruksi yang terpasang di lapangan.

Berdasarkan pemasangannya gardu induk terbagi atas:

Gardu Induk Pasangan luar adalah gardu induk yang sebagian besar

komponennya ditempatkan diluar gedung, kecuali komponen control,

system proteksi dan system kendali serta komponen bantu lainnya yang

ada didalam gedung. Gardu Induk semacam ini disebut gardu induk

konvensional. Untuk daerah-daerah yang padat pemukiman dan dikota-

kota besar di pulau Jawa. Sebagian menggunakan gardu induk pasangan

dalam yang disebut Gas Insulated Substation atau Gas insulated

Switchgear (GIS)

13

Gardu Induk Pasangan Dalam adalah gardu induk yang hampir semua

komponennya (Switchgear), busbar, isolator, komponen kendali, cubicle

dan lain-lainnya dipasang di dalam gedung kecuali tansformator daya

pada umumnya dipasang diluar gedung. Gardu induk semacam ini biasa

disebut Gas Insulated Substation (GIS). GIS merupakan bentuk

pengembangan gardu induk yang umumnya dibangun di daerah

perkotaan atau pemukiman yang sulit untuk mendapatkan lahan.

Berdasarkan fungsi dari gardu induk terbagi atas (Henry B.H.

Sitorus, 2008) :

Gardu Induk Penaik Tegangan adalah gardu induk yang berfunggsi untuk

menaikkan tegangan yaitu tegangan pembangkit (Generator) dinaikkan

menjadi tegangan sistem. Gardu induk ini berada dilokasi pembangkit

tenaga listrik karena output voltage yang dihasilkan oleh pembangkit

listrik kecil dan harus disalurkan pada jarak yang jauh, maka dengan

pertimbangan efisiensi tegangannya dinaikkan menjadi tegangan ekstra

tinggi atau tegangan tinggi.

Gardu Induk Penurun Tegangan adalah gardu induk yang berfungsi untuk

menurunkan tegangan dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang

lebih rendah dan menengah seperti tegangan distribusi. Gardu induk ini

terletak di daerah pusat-pusat beban karena gardu induk ini melayani

pelanggan (beban).

Gardu Induk PengaturTegangan, umumnya terletak jauh dari pembangkit

tenaga listrik karena disalurkan sangat jauh, sehingga jatuh tegangan

14

(voltage drop) transmisi yang cukup besar. Oleh karena itu dibutuhkan

alat penaik tegangan seperti bank capasitor yang berfungsi untuk

mengembalikan tegangan ke keadaan normal.

Gardu Induk Pengatur Beban berfungsi untuk mengatur beban, pada

umumnya dipasang beban notor, dimana pada kondisi tertentu,

berubah menjadi pembangkit yang mana motor berubah fungsi menjadi

generator dan saat generator menjadi motor atau beban dengan beban

generator berubah menjadi motor.

Gardu Induk Distribusi yaitu gardu induk yang menyalurkan tenaga listrik

dari tegangan sistem ke tegangan distribusi, dimana gardu induk ini

terletak di dekat pusat-pusat beban.

.

B. Pengertian Sistem Pentanahan

Sistem pentanahan berfungsi sebagai sarana untuk mengalirkan

arus hubungan singkat ke tanah dan menyebar ke segala arah.

Namun demikian yang menjadi perhatian dalam perancangan

sistem pentanahan adalah tidak timbulnya bahaya tegangan langkah

dan bahaya tegangan singgung (tegangan sentuh). Kriteria yang

dituju dalam pembuatan sistem pentanahan adalah bukan hanya pada

rendahnya nilai tahanan tanah akan tetapi tegangan sentuh dan tegangan

langkah menjadi pokok permasalahan. Selain itu sistem pentanahan

sangat menentukan rancangan sistem yang dipasang karena semakin

tinggi nilai tahanan pentanahan akan semakin tinggi pula tegangan pada

15

penyama potensial, sehingga upaya perlindungan yang dilakukan akan

Iebih berat (Dhimas Dhesah Kharisma, 2010).

Pertimbangan-pertimbangan dalam penggunaan indikator

hubungan singkat fase ke tanah ini dilihat dari aspek-aspek, yaitu

keandalan, kepraktisan dan biaya semurah-murahnya tanpa mengurangi

mutu dan sistem pelayanan (Holmes H. Simbolon, 2011).

Kriteria- kriteria yang harus dipenuhi dalam pelaksanaan

pentanahan sistem adalah kedalaman penanaman elektrode

pentanahan, panjang elektrode batang, jumlah electrode batang (rod),

ketebalan lapisan tanah bagian pertama dan tahanan jenis tanah tiap

lapisan (Holmes H. Simbolon, 2011).

C. Sistem Pentanahan pada Gardu Induk

Pembangkit tenaga listrik sering mengalami kerusakan yang

terjadi yang menyebabkan terhentinya pelayanan listrik. Selama ini

penanggulangan kerusakan hanya dilakukan dengan penggantian

komponen pada gardu induk. Hal ini tentunya sangat tidak ekonomis,

terlebih lagi jika generatornya yang rusak. Hal ini dapat dilihat karena

kurang baiknya sistem pengaman antara lain kawat tanah dan penangkal

petir.

Sistem pentanahan peralatan berlainan dengan sistem

pentanahan jaringan yaitu suatu pentanahan bagian peralatan yang pada

16

kerja normal tidak dilalui arus. Tujuan pentanahan peralatan itu adaiah

(Dian Saefulloh ,2010) :

(1) Untuk membatasi tegangan antara bagian-bagian

peralatan yang tidak dilalui arus dan antara bagian-bagian

ini dengan tanah sampai pada suatu nilai yang aman (tidak

membahayakan) untuk semua kondisi operasi normal

atau tidak normal. Untuk mencapai tujuan ini, suatu

sistem pentanahan peralatan atau instalasi dibutuhkan.

Sistem pentanahan ini gunanya untuk memperoleh

potensial yang merata ( uniform ) dalam semua bagian

struktur dan peralatan , dan juga untuk menjaga agar

operator atau orang yang berada di daerah instalasi

itu, berada pada potensial yang sama dan tidak

berbahaya pada setiap waktu. Dengan dicapainya

potensial yang hampir merata pada semua titik dalam

daerah s is tem pentanahan in i t imbu lnya

perbedaan potens ia l yang besar pada jarak yang

dapat dicapai oleh manusia sewaktu terjadi hubung singkat

kawat fase ke tanah menjadi sangat kecil.

(2) Untuk memperoleh impedans yang kecil atau rendah dari

jalan balik arus hubungan singkat ke tanah. Kecelakaan pada

personil timbul pada saat hubungan singkat ke tanah

terjadi. Jadi bila arus hubungan singkat ke tanah itu

17

dipaksakan mengalir melalui impedans tanah yang

tinggi, ini akan menimbulkan perbedaan potensial yang

besar dan berbahaya. Juga impedans yang besar pada

sambungan-sambungan pada rangkaian pentanahan

dapat menimbulkan busur listrik dan pemanasan yang

besarnya cukup menyalakan material yang mudah terbakar.

Secara umum dapat ditinjau bahaya-bahaya yang mungkin

dapat ditimbulkan oleh tegangan atau arus listrik terhadap manusia

mulai dari yang sampai yang paling berat, yaitu: terkejut, pingsan dan

mati.

Ringan atau berat bahaya yang mungkin timbul, tergantung pada

faktor-faktor di bawah ini:

1. Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut.

2. Besar arus yang melewati tubuh manusia.

3. Jenis arus yaitu arus searah atau bolak-balik.

1. Tegangan

Pada sistem tegangan tinggi maupun pada sistem tegangan

menengah atau tegangan rendah juga sering terjadi kecelakaan

terhadap manusia, dalam hal terjadi kontak iangsung atau dalam hal

manusia berada di dalam suatu daerah yang mempunyai gradien

tegangan yang tinggi. Pada Prinsipnya yang menyebabkan bahaya

tersebut adalah besar arus yang mengalir dalam tubuh manusia.

18

Khususnya pada pusat-pusat pembangkit tenaga listrik atau

pada gardu-gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama

disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir

ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian

peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di

sekitar pusat-pusat pembangkit tenaga listrik. Arus gangguan tersebut

menimbulkan gradien tegangan di antara peralatan dengan peralatan,

peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan

tanah itu sendiri. Untuk menganalisis lebih lanjut hal tersebut akan

ditinjau beberapa kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang

yang sedang berada di dalam dart di sekitar pusat pembangkit atau

gardu induk tersebut.

2. Eksposur tegangan

Apabila ada kontak yang tidak disengaja antara bagian-bagian

yang dilalui oleh arus listrik pada kerangka metal dari peralatan, kerangka

metal itu menjadi bertegangan yang sama dengan tegangan peralatan.

Untuh mencegah terjadinya tegangan kejut yang berbahaya,

kerangka metal peralatan tersebut harus dihubungkan ke tanah

melalui impedans yang rendah. Impedans pentanahan itu harus

sedemikian kecilnya sehingga tegangan ( IZ ) yang timbul pada

kerangka peralatan harus cukup kecil dan tidak berbahaya.

19

Seperti yang telah diketahui bahwa International

Electrotecnical Commission ( IEC ) mengusulkan besar tegangan

sentuh yang izinkan sebagai fungsi lama gangguan, yang terlihat

pada Tabel 2.1, biasanya digunakan untuk sistem tegangan konsumen

atau misalnya untuk sistem pentanahan pengaman yang termuat dalam

PUIL Pasal 324, jika terjadi kegagalan isolasi pada peralatan, maka

besarnya arus gangguan dari titik gangguan ke badan peralatan

tersebut, dan dan badan peralatan ke tanah melalui tahanan pentanahan

Rt, maka timbullah tegangan sentuh pada badan peralatart sebesar InRt.

Agar persyaratan dalam Tabel 2.1, dapat dipenuhi, maka

tahanan Rt dapat dinyatakan sebagai berikut (T. S. Hutauruk, 1999):

ohm (2.1)

Dengan :

Rt = hambatan tanah dari titik netral sistem (Ohm ).

In = arus nominal dari alat pengaman lebur atau alat pengaman

arus lebih (Ampere )

k = bilangan yang besarnya tergantung pada karakteristik alat

pengaman = 2,5 – 5 untuk pengaman lebur atau sekring.=

1,25 – 3,5 untuk pengaman lainnya.

Biasanya besar impedans transformator, kecil terhadap Rt atau

Rg. Maka besar arus hubung singkat yang terjadi adalah :

(2.2)

Sedangkan untuk tahanan rangka dari peralatannya adalah :

20

(2.3)

Dengan:

Ef = tegangan fase dari sistem ( Volt ).

If = arus hubung singkat (Ampere).

Rt = tahanan titik netral sistem ( Ohm ).

Rg = tahanan rangka dari peralatan ( Ohm ).

k = bilangan karakteristik pengaman.

Sedangkan mengenai tahanan saluran sistem Rsaluran /3, adalah

sangat kecil sekali. Maka dalam perhitungan untuk mencari besar arus

hubung singkat atau besar arus gangguan yang terjadi dapat diabaikan.

Tabel 2.1. Besar dan Lama tegangan sentuh maksimum

(T. S Hutauruk, 1999)

Tegangan sentuh RMS (Volt) Waktu Pemutusan Maksimum (detik)

<50

50

75

90

110

150

∞

5,0

1,0

0,5

0,2

0,1

21

220

280

0,05

0,03

Gambar 2.1. Hubungan tanah pada peralatan dalam suatu sistem yang

titik netralnya ditanah (T. S Hutauruk, 1999)

3. Macam- macam Tegangan

Kalau diperhatikan macam-macam tegangan yang timbul pada

suatu pusat pembangkit l istr ik akibat kegagalan isolasi atau

kegagalan suatu sistem maka sangat sulit menentukan secara

tepat mengenai perhitungan yang mungkin timbul akibat kesalahan ke

tanah terhadap orang yang sedang berada di dalam atau disekitar

pusat pembangkit tenaga iistrik tersebut, karena banyak faktornya

yang mempengaruhi dan tidak diketahui. Untuk menganalisis keadaan ini

maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang

sedang berada di dalam atau di sekitar pusat pembangkit tersebut

pada saat tejadi kesalahan ke tanah.

22

Pada hakekatnya perbedaan tegangan selama mengalirnya arus

gangguan tanah dapat digambarkan sebagai:

a. Tegangan sentuh

Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat di antara suatu

obyek yang disentuh dan suatu titik beriarak 1 meter, dengan asumsi

bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan elektrode

pentanahan yang berada di bawahnya ( atau di dalam tanah ).

Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan

kontak ke tanah dari kaki orang tersebut. Pada Gambar 2.2. dengan

rangkaian penggantinya dapat diperlihatkan bagaimana tegangan yang

timbul terhadap tanah selama ganggnan terjadi pada suatu sistem

pusat pembangkit tenaga listrik.

Gambar 2.2 Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya(T. S. Hutauruk, 1999)

Dari rangkaian pengganti dapat dilihat persamaannya

sebagai berikut:

Es= (Rk + Rf /2).Ik( Volt ) (2.4)

23

Dengan :

Es = tegangan sentuh ( Volt )

Rk = tahanan badan orang ( 1000 Ohm )

R1= tahanan kontak ke tanah dari sate kaki.pada tanah yang

diberi lapisan koral 10 cm. ( 3000 Ohm )

lk = besarnya arus yang timbul melalui badan. ( Ampere )

Tahanan badan orang telah diselidiki oleh beberapa ahli

sebagaimana terdapat dalam Tabel 5, dan sebagai harga pendekatan

diambil Rk = 1000 Ohm. Tahanan Rf mendekati nilai 3 ps, dengan ps

adalah tahanan jenis tanah di sekitar permukaan. Arus Ik diambil

dari harga persamaan. 6, yaitu ( Ik 0,116/√t ), dengan demikian

tegangan sentuh menjadi :

Es = ( 1000+-3 ps/2 )x 0,116 / √t (Volt) (2.5)

Dengan :

ρs = tahanan jenis tanah di sekitar permukaan ( Ohm-meter )

= 3000 Ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi

koral 10 cm.

t = waktu kejut atau lama gangguan tanah ( detik ).

Dalam Tabe l 2.2 diberikan besar tegangan sentuh yang diizinkan

dan lama gangguan.

24

Tabel 2.2 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan

Lama gangguan t (detik) Tegangan sentuh yang diizinkan

(Volt)

0.1 1980

0,2 1400

0,3 1140

0.4 990

0,5 890

1,0 626

2,0 443

3,0 362

Sumber : IEEE Std 80-1986

b. Tegangan Langkah

Tegangan langkah adalah tegangan yang terjadi atau yang

timbul di antara dua kaki orang yang berdiri di atas tanah atau

dalam pusat pembangkit (Power House), yang sedang dialiri oleh

arus kesalahan ke tanah, untuk jelasnya lihat pada Gambar 2.3

25

Gambar 2.3. Tegangan langkah dekat peralatan yang

diketanahkan(T.S. Hutauruk, 1999)

Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah

1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalarn keadaan tidak

memakai sepatu.

Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan

tegangan langkah sebagai berikut :

Eℓ = (Rk + 2Rf ).Ik (2.6)

= ( 1000+ 6 ps)x 0,116 / √t

Eℓ = Volt

Dengan :

Eℓ = tegangan langkah ( Volt )

Rk = tahanan badan orang ( Ohm ) = 1000 Ohm.

Rf = tahanan kontak ke tanah dari sate kaki ( Ohm )= 3 ps

t = waktu kejut ( detik )

ρs = tahanan jenis tanah di sekitar permukaan ( Ohm-meter )

26

= 3000 Ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi

koral 10 cm.

Tabel 2.3. Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan

Lama gangguan t (detik) Tegangan langkah yang diizinkan (Volt)

0,1 7000

0,2 4950

0,3 4040

0,4 3500

0,5 3140

1,0 2216

2,0 1560

3,0 1280

Sumber : IEEE Std 80-1986

c. Tegangan pindah

Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh,

yaitu suatu tegangan pindah yang terjadi atau timbul bila pada saat

terjadi kesalahan orang berdiri di dalam pusat pembangkit ( Power

House ) dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik

jauh sedangkan alat tersebut dialiri oleh arus kesalahan ke tanah.

27

Gambar 2.4. Tegangan pindah dengan rangkaian penggantinya (T. S.

Hutauruk, 1999)

Dari Gambar 2.4 terlihat bahwa orang akan merasakan

tegangan yang lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan sentuh

seperti pada gambar 2.2. Tegangan pindah akan sama dengan

tegangan pada tahanan kontak pentanahan total. Tegangan pindah

itu sulit untuk dibatasi, tetapi biasanva konduktor-konduktor

telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi. Dari

Gambar 2. 4. diperoleh persamaan :

Epindah = I . Ro, dengan anggapan Ik ≤ sebab,

RK ≤ Ro di mana Ro + ( Ohm ) (2.7)

Dengan :

r = jari-jari ekivalen dari luas pusat pembangkit.

L = panjang total dari konduktor pentanahan dan elektroda batang.

28

Perlu juga diketahui untuk waktu tertentu dari ants gangguan

lamanya dalam detik, maka tegangan pindah yang diizinkan adalah sama

dengan tegangan sentuh.

4. Arus melalui tubuh manusia

Kemampuan tubuh manusia terbatas terhadap besarnya arus

yang mengalir di dalamnya. Tetapi berapa besar dan lamanya arus yang

masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampat Batas yang belurn

membahayakan sukar ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki

oleh para ahli dengan bebagai macam percobaan baik terhadap tubuh

manusia dan binatang, tetapi para ahli menghasilkan batas-batas

besarnya arus dan pengaruhnya terhadap manusia yang berbadan

sehat.

Adapun batas-batas arus tersebut dibagi dalam 4 tahap, yaitu

sebagai berikut :

a. Arus persepsi

Bila orang memegang konduktor yang diberi tegangan mulai dari

harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui

tubuh orang tersebut akan memberi pengaruh. Mula-mula akan

meransang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak

berbahaya, bila dengan arus bolak-balik. Tetapi bila dengan arus searah

akan terasa paras pada telapak tangan.

29

Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1933 telah

dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan

didapat arus rata-rata yang disebut 'threshold of Perception Current

sebagai berikut (T.S. Hutauruk, 1999) :

Untuk laki-laki : 1,1 mA.

Untuk perempuan : 0,7 mA

Nilai tersebut dipengaruhi oleh kondisi badan setiap orang dan

kemampuan tubuh orang tersebut dalam menahan arus yang mengalir

dalam tubuhnya. Perbedaan ini terjadi karena kemapuan laki-laki dalam

menahan arus dalam tubuh lebih besar dari perempuan.

b. Arus mempengaruhi otot

Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus

persepsi dinaikkan lagi, maka orang akan merasakan sakit dan kalau

terus dinaikkan lagi maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut

tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya itu.

Di University of California Medical School telah dilakukan

penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan

diperoleh angka rata-rata dari arus listrik yang mempengaruhi otot

sebagai berikut:

Untuk laki-laki : 16 mA.

Untuk perempuan : 10,5 mA.

30

Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus

maksimal, yaitu orang masih dapat dengan segera melepaskan

konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut:

Untuk laki-laki : 9 mA.

Untuk perempuan : 6 mA

c. Arus fibrilasi

Apabila arus listrik yang mengalir melewati tubuh manusia

lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan

orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus

listrik tersebut mempengaruhi jantung yang disebut Ventricular

fibrillation, yang menyebabkan jantung berhenti bekerja dan peredaran

darah tidak jalan dan akibatnya orang segera akan mati. Percobaan ini

pernah dilakukan oleh Dalziel pada tahun 1968 pada University of

California, dengan rnenggunakan binatang yang mempunyai badan dan

jantung kira-kira sama dengan manusia. Dari percobaan tersebut

Dalziel menarik kesimpulan bahwa 99,5 % dari semua orang yang

beratnya iebih kurang 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus

listrik dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai berikut :

atau (2.8)

K = 0,0135 untuk manusia dengan berat badan 50 kg.

= 0,0246 untuk manusia dengan berat badan 70 kg.

31

Maka :

k 50 = 0,116 Amper.

k 70 = 0,157 Amper

Jadi : Ik2 . t = 0,0135 untuk berat badan 50 kg

Ik = (Ampere ) (2.9)

Dengan :

Ik = besarnya arus listrik yang lewat tubuh manusia ( Ampere )

t = lama ( waktu ) arus listrik lewat tubuh manusia atau

lamanya gangguan tanah ( detik )

d. Arus reaksi

Arus reaksi adalah arus listrik terkecil yang dapat mengakibatkan

orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat

mengakibatkan kecelakaan samping. Karena terkejut orang dapat jatuh dari

tempat berdiri, atau jatuh pingsan hingga terjadi kecelakaan yang fatal.

Pada Tabel 2.4, yang dapat dilihat pada batas-batas arus listrik dan

pengaruh pada manusia yang merupakan penyelidik terinci dikemukakan

oleh DR. Hans Prinz.

5. Tahanan tubuh manusia

Tahanan badan manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai

dengan 100.000 Ohm tergantung pada tegangan, keadaan kulit pada

tempat kontak, dan jalannya arus listrik dalam tubuh. Kulit yang terdiri atas

32

bahan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan

tinggi kulit yang menyentah konduktor langsung terbakar jadi tahanan

Wit tidak berarti apa-apa. Jadi hanya tahanan tubuh yang dapat

membatasi tubuh (T.S. Hutauruk, 1999)

Penyelidikan dan penelitian tahanan tubuh manusia yang

diperoleh dan beberapa orang ahli adalah seperti pada Tabel 2.5.

Tabel 2.4. Batas –batas arus dan pengaruhnya pada manusia

Besar arus Pengaruh pada tubuh manusia

0 - 0,9 mA Belum dirasakan pengaruhnya, tidak timbul reaksi apa-apa

0,9 - 1,2 mA Baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan akibat

kejang, kontraksi atau hilang control

1,2 - 1,6 mA Mulai terasa seakan-akan ada yang merayap di dalam kesemutan

1,6 - 6,0 mA Tangan sampai kesiku merasa kesemutan

6,0 - 8,0 mA Tangan mulai kaku rasa kesemutan makin tambah

13 – 15,0 mA Rasa sakit yang tidak tertahankan, konduktor masih dapat

melepaskan dengan gaya yang besar sekali

15,0 – 20,0 mA Otot tidak sanggup lagi melepaskan konduktor

20,0 – 50,0 mA Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia

50,0 – 100,0 mA Batas arus listrik yang dapat menyebabkan kematian

33

Tabel 2.5 Tahanan Tubuh Manusia

Peneliti Tahanan

(Ohm)

Dengan

Dalziel 500 Dengan tegangan ( 60 cps )

AIEE.Committee

Report 1958

2330 Dengan tegangan 21 Volt tangan ke

tangan

1130 tangan ke kaki

1680 tangan ke tangan dengan arus searah

800 tangan ke kaki

Laurent 3000 -

Berdasarkan hasil penelitian di atas sebagai pendekatan diambil

harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.

6. Resistansjenis tanah dan resistans pentanahan serta electrode bumi

1. Tahanan Pentanahan

Pentanahan yang ideal harus memberikan nilai tahanan

pentanahan mendekati nol atau ≤ 1 ohm untuk gardu induk bertegangan

tinggi (ANSI/IEEE Std 80 – 2000). Sebagai perkiraan pertama, sebuah

nilai minimum dari tahanan pentanahan gardu induk pada tanah yang

34

seragam (uniform) untuk lapisan pertama (permukaan tanah) saja dapat

dihitung dengan persamaan :

(2.10)

Dengan :

Rg = Tahanan pentanahan gardu induk (Ω)

A = luas area pentanahan grid ( m2)

ρ = Tahanan jenis tanah (Ω-m)

Kemudian, pada lapisan kedua dengan adanya gabungan antara

grid dan batang rod untuk tanah yang seragam, jumlah konduktor grid dan

konduktor batang rod yang ditanam pada kedalaman tertentu sehingga

diperoleh persamaan seperti dibawah ini (Laurent, P.G., 1951 dan

Nieman, J, 1952) :

(2.11)

Dengan

LT = total dari panjang konduktor yang tertanam ( m )

Menurut Sverak, selanjutnya dari persamaan 2.11 dimasukkan nilai

pada efek kedalaman grid.

(2.12)

Dengan

h = kedalaman penanaman konduktor (m).

35

Menurut Schwarz Kaitan yang dapat diikuti pada persamaan dalam

menentukan tahanan total pentanahan yang tanahnya homogen yang

terdiri dari grid horizontal dan konduktor rod vertikal. Persamaan schwarz

dapat dilanjutkan untuk mengetahui tahanan kawat konduktor pentanahan

disebut R1, pada tahanan pentanahan grid keseluruhan disebut R2, Rm

merupakan tahanan diantara kumpulan konduktor grid dan kumpulan

pentanahan rod – rod sedangkan Rg merupakan tahanan pentanahan

dapat dilihat pada persamaan berikut: .

(2.13)

dengan

(2.14)

(2.15)

(2.16)

ρ = Tahanan jenis tanah dalam satuan (Ω. m)

L1 = Total Panjang konduktor keseluruhan grid yang terhubung

dalam satuan meter (m)

L2 = Panjang rata-rata dari rod pentanahan dalam satuan meter (m)

h = ke dalaman grid dalam satuan meter (m)

h’ = untuk kedalaman konduktor dalam satuan (m)

A = area lokasi pentanahan dalam m2.

n = jumlah rod yang ditempatkan dalam daerah A

36

k1, k2 = Koefisien konstanta

untuk k1= 1.23 dan k2 = 6.175 (ANSI/IEEE std. 80, 1986)

2. Tahanan Jenis Tanah

Faktor keseimbangan antara tahanan pentanahan dan kapasitansi

disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ.

Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah

sama.

Besar tahanan pentanahan pada sistem pentanahan ditentukan oleh

tahanan jenis tanah. Jadi pada suatu perencanaan sistem pentanahan,

harus dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat

tersebut. Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut, maka

selanjutnya dibuat perencanaan sistem pentanahannya.

Nilai resistans jenis tanah ( tahanan jenis tanah ) pada daerah

kedalaman yang terbatas tergantung pada beberapa faktor yaitu :

1. Jenis tanah (tanah liat, berpasir, berbatu dan lain-lain ).

2. Lapisan tanah ( berlapi-lapis dengan tahanan jenis

berlainan atau uniform ).

3. Kelembaban tanah

4. Tempetatur.

Nilai resistans jenis tanah sangat berbeda-beda bergantung

pada jenis tanah seperti ditunjukkan dalam PUIL 2000 halaman 80,

dan merupakan nilai tifikal dari resistans jenis tanah.

37

Tabel 2. 6. Resistans jenis tanah

1 2 3 4 5 6 7

Jenis tanah Tanah

rawa

Tanah

liat &

tanah

ladang

Pasir

basah

Kerikil

basah

Pasar

dan

kerikil

kering

Tanah

berbatu

Resistans

jenis (Ω-m)

30 100 200 500 1000 3000

PUIL 200, hal. 80.

Sesuai dengan PUIL 2000, yaitu resistans pentanahan dan

elektrode bumi tergantung pada jenis dan keadaan tanah serta pada

ukuran dan susunan elektrode, sehingga resistans pentanahan suatu

elektode harus dapat diukur. Untuk keperluan tersebut konduktor yang

menghubungkan setiap elektrode bumi atau susunan elektrode bumi

harus dilengkapi dengan hubungan yang dapat dilepaskan. Dalam

PUIL 2000. halaman 81 menunjukkan nilai rata-rata resistans elektrode

bumi untuk ukuran rnimimum elektrode dan juga dijelaskan pada

halaman 82.

38

Tabel 2.7 Jenis dan resistansi Elektroda

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Jenis elektrode Pita atau Konduktor

pilin

Batang atau pipa Pelat vertical dengan

sisi atas ± 1 m dibawah

permukaan tanah

Panjang (m) Panjang (m) Panjang (m)

10 25 50 100 1 2 3 5 0,5x1 1x1

Resistans

pentanahan (Ω)20 10 5 3 70 40 30 20 35 25

Sumber : PUIL 2000. hal.81.

Sebagai catatan jika tahanan tanah sangat korosif atau jika

digunakan elektrode baja yang tidak digalvanisasi, dianjurkan untuk

menggunakan luas penampang atau tetal sekurang-kurangnya 150 %

(PUIL 2000).

Pengaruli kelembaban lapisan tanah terhadap resistans pentanahan

agar diperhatikan. Panjang elektrode bumi agar disesuaikan dengan

resistans pentanahan yang dibutuhkan. Resistans pentanahan elektrode

pita sebagian besar tegantung pada panjang elektrode tersebut dan sedikit

tergantung pada luas penampangnya. Untuk memperoleh resistans

pentanahan yang sama, elektrode pelat memerlukan bahan yang lebih

banyak jika dibandingkan dengan elektrode pita atau batang.

39

Metode Pengukuran Tahanan Jenis Tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan cara:

1. Metode tiga titik (three-point methode).

Metode tiga titik (three-point methode) dimaksudkan untuk

mengukur tahanan pentanahan. Misalkan tiga buah batang pentanahan

dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2

dan 3 sebagai batang pengentanahan pembantu yang juga belum

diketahui tahanannya, seperti pada 2.5.

Gambar 2.5 Rangkaian pengukuran tahanan jenis tanah dengan metode

tiga titik

Bila tahanan diantara tiap-tiap batang pengetanahan diukur dengan

arus konstan, tiap pengukuran dapat ditulis sebagai berikut :

40

tetapi

Jadi

Dan

Keterangan :

R11 = tahanan elektrode 1 dalam Ohm

R22 = tahanan etektrode 2 dalam Ohm

R33 = tahanan elektrode 3 dalam Ohm

R12 = tahanan kontak elektrode 1 dengan 2 dalam Ohm

R13 = tahanan kontak elektrode 1 dengan 3 dalam Ohm

R23 = tahanan kontak elektrode 2 dengan 3 dalam Ohm

R1-2 = tahanan tanah antara elektrode 1 dengan 2 dalam Ohm

R1-3 = tahanan tanah antara elektrode 1 dengan 3 dalam Ohm

R2-3 = tahanan tanah antara elektrode 2 dengan 3 dalam Ohm

Tahanan batang pengetanahan dari elektroda 1 dapat dibuat:

(2.17)

41

Keadaan ini dapat diperoleh dengan mengatur posisi elektrode 2

sehingga harga persamaan (2.17) dapat dipenuhi.

Dengan demikian maka tahanan jenis tanah dapat dihitung

dengan menggunakan persamaan (15 ) dan dapat ditulis sebagai:

(2.18)

Keterangan :

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

a = jarak antara batang elektrode yang terdekat ( meter).

R = besar tahanan yang terukur ( Ohm )

2. Metode empat titik (four electode methode)

Metoda pengukuran yang dipergunakan adalah metoda empat titik

seperti pada gambar 2.6

Gambar 2.6 Rangkaian pengukuran tahanan jenis tanahdengan metode empat titik

Bila arus I masuk ke dalam tanah melalui salah satu elektroda dan

kembali ke elektroda yang lain sehingga pengaruh diameter konduktor

dapat diabaikan. Arus masuk ke tanah mengalir secara radial dari

42

elektroda, misalkan arah arus dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2

berbentuk permukaan bola dengan jari-jari r , luas permukaan tersebut

adalah 2ρr2 , dan rapat arus adalah

dengan:

J = kerapatan arus (A/m2)

r = jari-jari (m)

I = arus yang mengalir dalam tanah (A)

Jika adalah tahanan jenis tanah, maka medan dalam tanah pada

arah radial dengan jarak r adalah

dalam V/m

Jadi

Potensial pada jarak r dari elektrode adalah integral dari dava listrik

dari jarak r ke titik tak terhingga :

V = (2.19)

Perbandingan antara tegangan dan arus atau hambatan menjadi :

R = (2.20)

Dari Gambar 2.6. terlihat, r13 = r34 = r24 = a

Jadi :

43

v3 = [ - ] (2.21)

Dan

v4 = [ - ]

Beda tegangan antara titik 3 dan 4 adalah :

V34 = [ - - ]=

R34 = =

ρ= R34 ( Ohm- meter ) (2.22)

Bila a dalam meter dan R dalam Ohm maka hambatan jenis

dalam Ohmmeter. Dengan alat ukur yang dibuat khusus untuk ini yang

terdiri dari generator yang diputar tangan dan Ohm-meter, dapat

membaca langsung hambatan antara elektrode arus dan elektrode

tegangan.

7. Konduktor bumi

Sesuai dengan PUIL 2000 bagian 3.19.2.1.berdasarkan kekuatan

mekanis, Iuas penampang minimum penghatar bumi harus sebagai

berikut :

a. Untuk konduktor yang terlindung kokoh secara mekanis, 1,5

mm2 tembaga atau 2,5 mm2 aluminium.

b. Konduktor yang tidak terlindung kokoh secara mekanis 4 mm2

tembaga atau pita baja yang tebalnya 2,5 mm dan luas

penampangnya 50 mm2.

44

Sesuai dengan PUIL 2000, konduktor aluminium tanpa perlindung

mekanis tidak diperkenankan dipakai sebagai pengilantar bumi dan

harus diberi tanda sesuai dengan warnanya, untuk warna loreng hijau-

kuning hanya boleh digunakan untuk k o n d u k t o r k o n d u k t o r

p e n g a m a n , d a n k o n d u k t o r y a n g menghubungkan ikatan

penyama potensial ke bumi. Sedangkan pada konduktor bumi harus

dipasang sambungan yang dapat dilepas untuk keperluan pengujian

resistans pentanahan, pada tempat yang mudah dicapai dan sedapat

mungkin memanfaatkan sambungan yang karena susunan

instalasinya memang harus ada, harus kuat secara mekanis dan

menjamin hubungan listrik dengan balk, misalnya dengan

menggunakan las, klem, atau baut kunci yang tidak mudah lepas.

45

Tabel 2.8. Ukuran minimum elektrode bumi

No Beban

jenis

elektrode

1 2 3

Baja digalvanisasi

dengan proses

pentanahan

Baja berlapis

tembaga

Tembaga

1 Elektode

pita

Pita baja 100 mm2

setebal min 3 mm2

Konduktor pilin 95

mm2 (bukan kawat

halus).

50mm2 Pita baja 50 mm2

setebal min 2

mm2

Konduktor pilin

35 mm2 (bukan

kawat halus).

2 Elektrode

batang

Pipa baja 25 mm2

Baja profil (mm)

L 65X65X7

U 6,5

T 6X50X3

Batang profil lain

yang setaraf

Baja

berdiameter

15 mm

dilapisi

tembaga

setebal 250

μm

3 Elektrode

pelat

Pelat besi tebal 3

mm luas 0,5 m2

sampai 1 m2

Pelat tembaga

tebal 2 mm luas

0,5 m2 sampai 1 m2

PUIL 2000 hal.81.

Klem pada electrode pipa harus menggunakan baut dengan

diameter minimal 10 mm. Sambungan dalam tanah harus dilindungi

terhadap korosi, sedangkan sambungan dan hubungan antara

konduktor bumi utama, konduktor bumi, dan semua cabangnya satu

sama lain harus dilaksanakan sedemikian rupa sehingga

46

terjaminlah hubungan listrik yang baik, dapat diandalkan dan tahan

lama. Sebagai catatan bahwa sambungan dan hubungan yang

dibolehkan adalah sambungan dan hubungan yang menggunakan las,

baut, klem dan juga smbungan selonsong jika menggunakan

konduktor pilin. Sambungan dan hubungan dengan baut hams

dilindungi dari kemungkinan terjadinya korosi.

Dalam standar ANSI/IEEE std. 80, 1986 tentang grounding ac

substation, besarnya tahanan pentanahan, tegangan sentuh dan

tegangan langkah dihitung berdasarkan:

1. Sistem pentanahan seperti tanah disekitar gardu induk dan nilai

resistansinya

2. Kedalaman elektroda batang.

3. Diamter elektroda pentanahan.

Berikut ini tahapan penelitian dalam menganalisis sistem

pentanahan gardu induk Maros adalah

a. Menghitung luas area pentanahan

b. Menghitung besarnya tahanan pentanahan dengan

pendekatan Sverak dan Schwarz

c. Menghitung besarnya arus fibrasi yang lewat pada tubuh

manusia saat terjadi gangguan tanah

d. Menghitung tegangan langkah dan tegangan sentuh pada

manusia yang berada dalam gardu induk saat terjadi

gangguan hubung singkat.

47

e. Menghitung tahanan pentanahan, tegangan sentuh dan

tegangan langkah berdasarkan standar IEEE

f. Evaluasi hasil perhitungan dengan membandingkan nilai

yang izinkan dalam Standar PUIL 2000

Dengan menggunakan prosedur langkah demi langkah (step by step),

evaluasi rancangan dapat dilakukan sebagai berikut.

Langkah ke 1: Data Lokasi GI

Lokasi Gardu induk merupakan patokan dalam menghitung

besarnya tahanan tanah, tahanan jenis tanah, jumlah batang elektroda,

dan panjang konduktor yang akan digunkana. Nilai tahanan jenis tanah

untuk GI Maros adalah100 Ω-m berdasarkan pada pengukuran tahanan

jenis tanah di lokasi gardu induk Maros (Lampiran 2)

Langkah ke 2: Ukuran Konduktor

Untuk daerah gardu induk dengan tanahnya yang seragam

(uniform) maka arus gangguan tanah simetri If ≈ 3I0 sehingga I0 dihitung

dengan Persamaan

I0 =)()(3 021021 XXXjRRRR

E

f (2.23)

Dengan

Io = arus gangguan (rms) tanah (Ampere)

E = tegangan fasa pada sistem (kV)

48

Z1 = R1+jX1, = impedansi transformasi urutan positif (ohm)

Z2 = R2+jX2, = impedansi transformasi urutan negatif (ohm)

Z0 = R0+jX0, = impedansi transformasi urutan nol (ohm)

Rf = tahanan minimum saat terjadi gangguan, umumnya = 0 (ohm)

Material konduktor sistem pentanahan yang ada berdasarkan

standar ANSI/IEEE std. 80, 1986 seperti pada lampiran 3. Dengan

demikian maka ukuran konduktor dai hitung dengan persamaan : :

(2.24)

Dengan :

A = luas penampang atau ukuran konduktor dalam mm2

tc = lama gangguan dalam detik

= koefisien termal dari tahanan jenis kawat pada temperature

dasar dalam 0C

= tahanan jenis dari konduktor pentanahan pada temperature dasar

dalam

, hal ini tergantung pada jenis konduktor yang digunakan

(ANSI/IEEE std. 80, 1986)

Ta = temperature dalam 0C

49

Tm = Temperatur maksimum dalam 0C

TCAP = thermal capacity factor dalam J/cm3/0C

Langkah ke 3: Kriteria tegangan sentuh dan langkah

Dalam menentukan criteria tegangan sentuh dan tegangan langkah

maka dibutuhkan hal-hal lain yang berhubungan dengan tegangan

tersebut seperti:

a. Ketebalan lapisan koral dalam meter

b. Tahanan jenis koral dalam Ω-m

c. Faktor refleksi (K) yang dihitung dengan menggunakan

persamaan :

K =s

s

(2.25)

Dengan

= tahanan jenis tanah dalam Ω-m

= tahanan jenis koral dalam Ω-m

d. faktor reduksi yang dihitung dengan pendekatan dengan

menggunakan Persamaan berikut.

50

Cs = 1 -09,02

109,0

s

s

h

(2.26)

Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)

hs = kedalaman konduktor pentanahan dalam meter

Dengan menggunakan empat hal tersebut di atas dan didasarkan pada

berat badan rata-rata orang maka tegangan langkah dan tegangan

sentuh yang diizinkan dapat dihitung sebagai berikut.

Tegangan langkah yang diizinkan

s

sslt

CE157,0

)61000(70 (2.27)

Dengan:

= tahanan jenis koral dalam Ω-m

Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)

st

157,0= arus fibrasi untuk berat badan 70 kg

ts = lamanya gangguan dalam detik

El70 = tegangan langkah dalam volt

El50 = (1000 + 6Csρs)st

116,0(2.28)

Dengan:

51

= tahanan jenis koral dalam Ω-m

Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)

st

116,0= arus fibrasi untuk berat badan 50 kg

El50 = tegangan langkah dalam volt

Tegangan sentuh yang diizinkan:

Es70 = (1000 + 1,5Csρs)st

157,0(2.29)

Dengan:

= tahanan jenis koral dalam Ω-m

Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)

st

157,0= arus fibrasi untuk berat badan 70 kg

ts = lamanya gangguan dalam detik

Es70 = tegangan sentuh dalam volt

Es50 = (1000 + 1,5Csρs)st

116,0(2.30)

dengan

52

= tahanan jenis koral dalam Ω-m

Cs = factor reduksi dari tahanan jenis permukaan (koral)

st

116,0= arus fibrasi untuk berat badan 50 kg

Es50 = tegangan sentuh dalam volt

Langkah ke 4: Evaluasi Rancangan sistem penatanahan

Sebelum merancang suatu sistem pentahanan maka dibutuhkan

suatu tata letak dari grid (ukuran) dengan jarak konduktor (D) dan

kedalaman penanaman grid, (h) sehingga panjang total konduktor yang

ditanam dapat dihitung.

Langkah ke 5: Menentukan tahanan grid

Tahanan grid dari sistem pentanahan dihitung dengan persamaan

seperti diuraikan pada persamaan 2.12 sampai persamaan 2.16.

Rg = ρ

AhALT /201

11

20

11(2.31)

Dengan

Rg = resistansi grid sistem pentanahan dalam Ohm

ρ = Tahanan jenis tanah dalam satuan (Ω. m)

LT = Total panjang konduktor keseluruhan grid yang terhubung

dalam satuan meter (m)

53

h = ke dalaman grid dalam satuan meter (m)

A = area lokasi pentanahan dalam m2.

Langkah ke 6:Arus grid maksimum

Arus grid maksimum adalah arus terbesar yang mengalir pada

rangkaian pembumian grid saat terjadi gangguan fasa ke tanah, yang

dipengaruhi oleh 2 (dua) hal yaitu:

a. Decrement factor (Df)

b. Lamanya waktu gangguan (tf)

Dengan demikian maka besarnya arus grid maksumim (IG) dihitung

dengan persamaan berikut:

Jadi

(2.32)

dengan

IG = arus grid maksimum dalam Ampere

54

Sf = factor pembagi arus gangguan, umumnya = 0.7 untuk gardu

induk yang berkawat tanah

I0= arus gangguan urutan nol dalam ampere

If = nilai rms dari arus gangguan tanah dalam Ampere

Ig = arus grid simetris dalam ampere

Langkah ke 7: Kenaikan potensial tanah (GPR)

Kenaikan tegangan tanah adalah maksimum tegangan listrik pada

pembumian gardu induk grid yang mungkin ada relatif terhadap jarak nilai

pembumian diasumsikan seperti tegangan pada pembumian. Hal ini dapat

dihitung dengan persamaan:

(2.33)

Dengan

GPR = ground potential rise dalam volt

Ig = arus grid simetris dalam ampere

Rg = tahanan pentanhan grid dalam ohm

Langkah ke 8: Tegangan mesh

Tegangan mesh merupakan salah satu bentuk tegangan sentuh.

Tegangan mesh didefinisikan sebagai tegangan peralatan yang dibumikan

terhadap tengah – tengah daerah yang dibentuk konduktor kisi – kisi

selama gangguan tanah.

55

Tegangan mesh ini menyatakan tegangan tertinggi yang mungkin

timbul sebagai tegangan sentuh yang dapat dijumpai dalam sistem

pembumian gardu induk. Nilai tegangan mesh tergantung pada faktor

geomterik, Km; Faktor Koreksi Ki, Tahanan tanah ρdan rata – rata arus

per unit dengan panjang sistem pembumian penghantar (IG/LM) dapat

dilihat pada persamaan berikut.

Em =M

Gim

L

IKK(2.34)

dengan

12(

8ln.

.4..8

)2(

..16ln

2

1 22

nK

K

d

h

dD

hD

dh

DK

h

iim

Kii =nn /2).2(

1

Kh =oh

h1

Ki = 0,644 + 0,148 n (ANSI/IEEE std. 80, 1986)

n = na.nb.nc.nd

na =p

C

L

L.2

Untuk grid bujur sangkar atau persegi berlaku: nb = nc = nd = 1

Ki = factor koreksi tegangan mesh untuk nilai pertambahan arus pada

grid

Km = factor geometric tegangan mesh

56

Lc = panjang konduktor horizontal dalam meter

Lp = panjang konduktor vertical dalam meter

Kh = factor grid acuan (sebagai referensi kedalaman grid)

LM = panjang konduktor pentanahan dalam meter

h = kedalaman konduktor

D = jarak elektroda dalam meter

d = diameter konduktor pentanahan dalam meter

N = jumlah batang elektroda

Sedangkan Tegangan Langkah maksimum diperkirakan terjadi lebih

dari jarak 1 m, mulai dan memperluas luar konduktor permeter pada sudut

yang membagi dua sudut yang paling ekstrim dari grid. Dengan demikian

maka tegangan langkah dapat dihitung dengan persamaan:

pC

isGl

LL

KKIE

.85.0..75.0

...

(2.35)

Untuk kedalaman biasa dari 0,25 m <h <2,5 m (Sverak ) Ks adalah

Ks =

25.01

11

.2

11 n

DhDh

Ki = 0,644 + 0,148 n (ANSI/IEEE std. 80, 1986)

Lc = panjang konduktor horizontal dalam meter

Lp = panjang konduktor vertical dalam meter

Langkah ke 9: Perbandingan tegangan mesh dan tegangan sentuh

yang diizinkan

57

Apabila Tegangan mesh yang diperoleh lebih tinggi dari tegangan

sentuh yang diizinkan maka rancangan grid yang ada harus dimodifikasi

sampai diperoleh batas yang diizinkan lebih besar dari tegangan mesh

yang diperoleh.

Langkah ke 10: Perbandingan tegangan langkah dan tegangan

langkah yang diizinkan

Apabila Tegangan langkah yang diperoleh lebih tinggi dari

tegangan langkah yang diizinkan maka rancangan grid yang ada harus

dimodifikasi sampai diperoleh batas yang diizinkan lebih besar dari

tegangan mesh yang diperoleh.

D. Kerangka Pikir

58

Gambar 2.7 Kerangka Pikir Penelitian

BAB III

METODE PENELITIAN

A. Waktu dan Lokasi Penelitian

a. Waktu pelaksanaan penelitian ini enam ( 6 ) bulan dari Mei 2011

sampai dengan Desember 2011

b. Lokasi Penelitian : Gardu Induk Maros, Makassar

59

Lokasi penelitian ini dipilih sebagai objek penelitian karena

sebelumnya gardu ini memiliki tegangan kerja 70 kV dan setelah

jalur tengah terhubung dari gardu induk Sidrap ke gardu induk

Sungguminasa lewat gardu induk Maros maka tegangan kerjanya

dinaikkan dari 70 kV ke 150 kV. Dengan demikian maka sistem

pentanahan sebelumnya di upgrade untuk menyesuaikan arus

gangguan yang mungkin terjadi pada tegangan kerja yang sesuai.

B. Jenis Penelitian

Penelitian ini termasuk kategori studi literatur berdasarkan

analisis data-data sekunder yang diperoleh dari sumber data komponen

utama yang terdapat didalam lokasi Gardu Induk dan sistem

pentanahan

C. Metode Analisis

Metode analisis yang digunakan dalam penelitian ini adalah

metode Kualitatif dengan analisis data sekunder secara teoritis

sehingga diperoleh hasil perhitungan untuk mendapatkan nilai tahanan

pentanahan, menggunakan pendekatan Sverak dan metode Schawarz.

Selanjutnya dilakukan analisis tegangan langkah dan tegangan sentuh.

Hasilnya dibandingkan dengan hasil pengukuran. Selanjutnya

60

dievaluasi berdasarkan standar IEEE untuk sistem pentanahan yang

dipersyaratkan. Selanjutkan disimulasi menggunakan program ETAB.

D. Instrumen Penelitian

lnstrumen penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah:

1. Hadware meliputi seperangkat komputer yang kompatibel, labtop.

2. Sofware meliputi Microsoft Excel, sebagai alat bantu perhitungan dan

Microsof Visio untuk alat bantu membuat diagram blok ataupun

diagram.

3. Parameter-parameter yang menjadi pedoman dalam analisis ini adalah

luas area pentanahan, panjang konduktor, panjang elektroda, jarak

antara elektroda, dan peralatan gardu induk yaitu transformator daya,

Disconnect Switch (DS), Busbur, PMT, Circuit Breaker (CB),

transformator arus dan tegangan peralatan-peralatan ini diasumsikan

bahwa rangka peralatan di tanahkan dan dikombinasikan dengan

rangka transformator daya dengan titik netralnya terhubung ke dalam

peralatan sistem pentanahan yang ada.

E. Prosedur Penelitian

Prosedur penelitian yang dilakukan dalam menganalisis dan

mengevaluasi sistem pentanahan gardu induk Maros adalah:

a. Studi kepustakaan : mengumpulkan informasi mengenai sistem

pentanahan gardu induk, dan peralatan sistem pentanahan.

b. Studi lapangan

61

1. mengumpulkan data peralatan Gardu Induk , komponen yang

ditanahkan, data konduktor pentanahan, elektroda pentanahan

baik secara langsung maupun dengan wawancara

2. Pengukuran : memperoleh data hasil pengujian sistem

pentanahan gardu induk Maros yang ada

3. Rekapitulasi data, dengan cara merekapitulasi data yang

diperoleh selanjutnya digunakan untuk analisis data

c. Analisis Data : Data-data yang telah direkapitulasi kemudian

dianalisis sehingga diperoleh besarnya tahanan pentanahan,

tegangan langkah, tegangan sentuh

d. Evaluasi hasil : melakukan evaluasi hasil perhitungan dengan hasil

pengujian yang dilakukan oleh pihak terkait dan standar PUIL 2000

sehingga didapatkan aman atau tidak sistem pentanahan yang

terpasang terhadap gangguan yang terjadi

F. Diagram alir Penelitian

Berikut ini diagram alir penelitian yang dinyatakan dalam digran blok

seperti pada gambar 3.1.

62

Gambar 3.1 Diagram Alir penelitian

Keterangan diagram alir :

Blok I dibutuhkan data luas area, jenis tanah sehingga diperoleh tahanan

jenis tanah dan data hasil pengujian sistem pentanahan.

Blok II dilakukan perhitungan besarnya tahanan sistem pentanahan

menggunakan metode Swarcz dan Severak seperti dijelaskan pada bab II

persamaan 2.12 dan persamaan 2.13.

63

Blok III dilakukan analisis besarnya tegangan langkah dan tegangan

sentuh untuk berat badan 50 kg dan 70 kg seperti dijelaskan pada bab II

persamaan 2.4, persamaan 2.5, persamaan 2.6 dan persamaan 2.7

Blok IV dilakukan perhitungan tahanan Grid seperti dijelaskan pada bab II

persamaan 2.31

Blok V dilakukan analisis besarnya arus grid seperti dijelaskan pada bab II

persamaan 2.32

Blok VI dilakukan evaluasi hasil analisis secara analitik dengan standar

yang ada kemudian dibandingkan dengan hasil pengukuran

G. Metode Validasi

Setelah melakukan analisis data seperti diuraikan sebelumnya

selanjutnya dilakukan validasi data dengan cara membandingkan hasil

pengukuran di lapangan dengan hasil perhitungan., kemudian dilakukan

analisis dari kedua hasil tersebut, sehingga disimpulkan.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

64

E. ANALISIS HASIL PENELITIAN

1. Data hasil penelitian

Gambar 4.1 Ukuran lokasi Sistem Pengetahanan Gardu Induk

Maros

Berdasarkan gambar 4.1 dijelaskan bahwa ukuran lokasi gardu

induk Maros adalah 112 x 41 m, jadi luas area pentahanan adalah :

A = p x l

p = panjang (m)

l = lebar (m)

Jadi luas area Pentanahan gardu induk Maros adalah:

p = 112 m

65

l = 41 m

A = p x l

= 4592 m2

Berikut ini data-data peralatan pada Gardu Induk Maros yaitu:

1. Transformator daya dengan spesifikasi:

a. Rated power 18/30 MVA

b. Frequency 50 Hz

c. Temperature oil 50 0C – windings 550C

d. Coolong ONAN/ONAF

e. Voltage 150/20 kV

2. Busbar

3. Current Transformer (CT)

4. Potential Transformer (PT)

5. Disconnect Switch (DS)

Peralatan tersebut lebih lengkapnya dapat dilihat pada lampiran 5.

Pada gambar 4.2 menunjukkan peta lokasi gardu induk Maros

yang didown load lewat geogle earth. Hal ini terlihat bahwa lokasi

gardu induk berada dekat dengan jalur transportasi dari Makassar

menuju Maros.

66

Gambar 4.2 Peta Lokasi Gardu Induk Maros yang akses lewat

Google Erath

Dari gambar 4.1 di atas maka model pentanahan grid yang ada

digambarkan pada gambar 4.3. Ukuran grid adalah 7x 6.84 m yang

terhubung, dengan elektroda pentanahan sebanyak 18 buah seperti

pada gambar berikut:

28 m 28 m 28 m 28 m

7 m

6.8

6m

ElektrodaKisi-kisi

6.8

4m

7 m

Gambar 4.3 Bentuk jala-jala dari sistem pentanahan (mesh

grounding) dengan elektroda

67

Pada gambar 4.3 menunjukkan bahwa pada sudut kiri bawah

terdapat transformator daya sehingga perlu diamankan dengan

memasang 8 buah elektroda. Jarak antara elektroda parallel atau

vertical adalah 28 meter dan horizontal atau melintang adalah 20.52

meter. Hal ini menunjukkan bahwa semua peralatan yang ada dalam

gardu induk terhubung secara langsung dengan peralatan

pentanahan yang ada.

Sistem pentanahan peralatan gardu induk yang umum

digunakan saat ini adalah sistem pentanahan Driven Rod,

Counterpoise, menggunakan kisi (Grid) dan gabungan antara sistem

pentanahan Grid dan Rod. Ketiga model sistem pentanahan ini

sistem Grid-Rod paling sering digunakan untuk Gardu Induk

Tegangan Tinggi 150 kV. Untuk pembangunan gardu induk yang

baru dibutuhkan disain yang baru pula. Disain dilakukan dengan

membuat kombinasi antara jumlah mesh dan rod-nya, kedalaman

penanaman konduktor dengan mempertimbangkan nilai dari tahanan

jenis tanah, pengaruh tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis

tanah yang berbeda dengan kedalaman yang sama serta dimensi

area pentanahan yang akan digunakan sehingga menghasilkan nilai

tahanan pentanahan (R), tegangan sentuh (Em) dan tegangan

langkah (Es) yang lebih baik dan lebih aman (Henry B.H. Sitorus,

2008).

68

Sistem Jala-jala yang dikenal juga dengan istilah grid adalah

suatu model sistem pentanahan yang berbentuk jala-jala dengan

ukuran yang beragam seperti segi empat atau bujur sangkar dan

ditanam dalam tanah pada kedalaman tertentu dan terhubung

dengan peralatan gardu induk dan juga terhubung dengan rod

(elektroda)

Sistem pentahanan gardu induk Maros seperti gambar 4.3

terlihat bahwa model pentanahan peralatan yang digunakan adalah

gabungan antara grid dan rod. Hal ini disebabkan oleh area

pentanahan yang luas dan jumlah peralatan yang ditanahkan cukup

banyak, sehingga membutuhkan pengamanan arus gangguan yang

baik seperti tahanan pentahanan yang lebih kecil dari 1 (satu) ohm.

Dengan demikian bila terjadi gangguan pada peralatan maka arus

gangguan masuk ke dalam tanah melalui konduktor yang terhubung

ke peralatan pentahanan. Karena konduktor tersebut terhubung

dengan konduktor pentanahan yang berbentuk grid dan elektroda

(rod) maka penyebaran arus gangguan lebih cepat sehingga

gangguan cepat terisolir.

69

Tabel 4.1 Data hasil pengujian sistem pentanahan

Gardu Induk Maros

Sumber : PT. PLN (Persero) Gardu Induk 150 kV Maros

Vstep

50 kg 1109.6 V

70 kg 1501.8 V

Vtouch

50 kg 3338.1 V

70 kg 4517.9 V

Arus hubung singkat 10 kA

Waktu terjadi gangguan 0.1 Detik

Tahanan terukur

Pendekatan Sverak 0.7129 Ohm

Formula Schwarz 0.5025 Ohm

Berdasarkan tabel 4.1 menunjukkan bahwa hasil pengujian

peralatan pentanahan dilakukan untuk mengetahui besarnya tahanan

pentanahan, tegangan sentuh dan tegangan langkah. Besarnya arus

pengujian adalah 10 kA dengan waktu gangguan 0.1 detik.

Pada tabel 4.2, menunjukkan bahwa panjang total dari

konduktor pentahanan termasuk konduktor yang terhubung ke

peralatan dan panjang elektoda adalah 2215 m. sedangkan panjang

konduktor grid dari sistem pentanahan adalah 1481 m

70

Tabel 4.2 Daftar material yang yang terhubung ke peralatan

pentanahan

Volume material Grounding Grid GI 150 kV Maros

No Uraian Jumlah Satuan Keterangan

A Grid

BC 150 mm2 untuk Ground Grid 1481 m1 trafo bay dan 4 unit linebay

B Line Bay

BC 150 mm2 untuk LA 60 m Dari base isolator LA-rod

BC 150 mm2 untuk CVT 84 m

BC 150 mm2 untuk DS/E 84 m

BC 150 mm2 untuk CT 84 m dari base isolator CT Grid

BC 150 mm2 untuk CB 120 m

BC 150 mm2 untuk DS B1 84 m

BC 150 mm2 untuk DS B2 84 m

C Trafo Bay

BC 150 mm2 untuk LA 15 m Dari base isolator LA-rod

BC 150 mm2 untuk CT 21 m dari base isolator CT Grid

BC 150 mm2 untuk CB 30 m dari Box ke grid

BC 150 mm2 untuk DS B1 21 m

BC 150 mm2 untuk DS B2 21 m

BC 150 mm2 untuk Trafo 20 m

BC 150 mm2 dari Grid ke rodUjung, tengah 6 m kecuali LA + Trafo +NGR

Total length 2215 mSumber : PT. PLN (Persero) Gardu Induk 150 kV Maros

Selain itu data-data lain yang akan digunakan dalam penelitian

ini adalah:

Diameter konduktor (d) = 14.05 mm = 0.01405 m

Jenis dan penampang konduktor (Ak) adalah Cu 120 mm2

Jarak antara konduktor dengan konduktor vertical (D) =

6.8571429 m

Jarak antara konduktor dengan konduktor horizontal (D) = 7 m

Kedalam konduktor (h) = 0.7 m

71

Panjang konduktor pentanahan (L) = 1481 m

Panjang total konduktor pentanahan (LT) = 2215 m

Dari data hasil penelitian di atas selanjutnya digunakan untuk

menganalisi data sesuai dengan tujuan penelitian ini yaitu

mengevaluasi sistem pembumian pada gardu induk 150 kV Maros.

Berdasarkan data yang diperoleh dalam penelitian seperti

diuraikan di atas maka analisis dilakukan dengan cara:

a. Analitik yaitu menghitung nilai tahanan pentanahan,

tegangan sentuh dan tegangan langkah berdasarkan nilai

sebenarnya yaitu nilai berdasarkan data lapangan atau

survei

b. Evaluasi hasil analitik dengan data hasil pengukuran serta

hasil simulasi dengan nilai standar yang berlaku.

2. Perhitungan secara analitik

Data-data yang digunakan dalam menganalisis sistem pembumian

berdasarkan data lapangan adalah:

Tegangan sistem = 150 kV

Tahanan jenis permukaan batu koral (ρs) = 3000 Ohm-m

Tahanan jenis tanah(ρ) = 100 Ohm-m

Arus gangguan maksimum (If) = 10 kA

72

Waktu gangguan (tf) = 0,1 detik

Panjang grounding rod (S) = 3 m

Ketebalan lapisan koral (hs) = 0,1 m

Material Konduktor = tembaga (Cu) 120 mm2

Diameter konduktor = 0,01405 m

Total panjang konduktor = 2215 m

Kedalaman penanaman grid ( h) = 0,7 m

Luasan pentanahan tersedia (A) = 112 m x 41 m

= 4592 m

Data Impedansi transformator (Z1 dan Z0)

Z1 = Z2 = (0,034 + j 1,014) Ω pada sisi 20 kV

Impedansi sistem pentanahan ekivalen urutan positip :

Z1 = (4 + j 10) Ω pada sisi 150 kV

Impedansi sistem pentanahan ekivalen urutan nol

Z0 = (10 + j 40) Ω pada sisi 150 kV

Faktor pembagian arus:

Sf = 0,6 (ANSI/IEEE std. 80, 1986)

a. Menghitung tahanan pengetanahan

Menurut Sverak

Tahanan pengetanahan menurut Sverak, berdasarkan

persamaan 3 bab II sebelumnya dapat dihitung:

73

ohm

Menurut Schwarz:

Tahanan pengetanahan menurut Schwarz, berdasarkan

persamaan pada bab II sebelumnya maka tahanan

pengetahanan dapat dihitung.

k1= 1.23

k2 =6.175

d1=d2 = 0.01405 m

n = 18

74

Tabel 4.3 Perbandingan hasil analitik dengan Pengukuran dan standarIEEE untuk tahanan pentanahan

Tahanan Pentanahan (Ohm)

Sverak Scwarz

Analitik 0.71476 0.50235

Pengukuran 0.7129 0.5025

Standar IEEE

Pada tabel 4.3 menunjukkan bahwa tahanan pentanahan

gardu induk berdasarkan hasil analitik dan hasil pengukuran nilainya

hampir sama dan masih di bawah dari standar IEEE. Dengan

75

demikian maka sistem pentanahan gardu induk 150 kV Maros

memenuhi syarat sistem pentanahan yaitu

Menghitung arus fibrasi

Dalam menentukan besarnya arus fibrasi, maka dapat dihitung

menggunakan persamaan sebelumnya dalam bab II sebagai berikut:

Keterangan :

k = 0,0135 untuk manusia dengan berat badan 50 kg.

k = 0,0246 untuk manusia dengan berat badan 70 kg.

Maka besarnya arus fibrasi untuk manusia dengan berat badan 50 kg

pada saat gangguan selama 0.1 detik adalah

Maka besarnya arus fibrasi untuk manusia dengan berat badan 70 kg

dengan lama gangguan 0.1 detik adalah

Nilai arus fibrasi ini digunakan untuk menghitung tegangan langkah dan

sentuh seperti berikut.

76

b. Analisis tegangan

Gradien tegangan yang terjadi pada saat terjadi gangguan

pada peralatan gardu induk dibedakan atas besarnya tegangan yang

terjadi antara peralatan dan manusia yang berada di sekitar gardu

induk. Pada umumnya tegangan yang terjadi adalah tegangan

sentuh dan tegangan langkah

a. Tegangan sentuh

Objek dalam penelitian ini adalah manusia yang memiliki berat

50 kg dan 70 kg berada disekitar Gardu induk, dan menyentuh

peralatan dengan jarak 1 m maka tegangan sentuh yang

terjadi dapat dihitung berdasarkan persamaan pada bab II

sebelumnya berikut:

Untuk berat badan 70 kg :

Dengan Cs =

Untuk berat badan 50 kg :

Dengan Cs =

77

b. Tegangan langkah

Objek dalam penelitian ini adalah manusia yang memiliki berat

50 kg dan 70 kg yang berada disekitar Gardu induk saat

terjadi gangguan tanah, maka tegangan langkah yang terjadi

dapat dihitung dari persamaan pada bab II sebelumnya

berikut:

Untuk berat badan 70 kg :

Dengan Cs =

Untuk berat badan 50 kg :

Dengan Cs =

Tabel 4.4 Perbandingan hasil analitik dengan Pengukuran dan standar

PUIL untuk Tegangan Sentuh dan tegangan Langkah

Berat Badan orang 50 kg 70 kg 50 kg 70 kg

HasilTegangan Sentuh Tegangan Langkah

Volt Volt

Analitik 154.8623 282.1918 491.3763 895.3911

Pengukuran 1109.6 1501.8 3338.1 4517.9

78

Standar yang Diizinkan 1980 7000

Pada tabel 4.4 menunjukkan bahwa hasil perhitungan

tegangan sentuh dan tegangan langkah secara analitik untuk

gangguan selama 01 detik dan hasil pengukuran (lampiran3) nilai

masih dibawah dari standar PUIL 2000 yang diizinkan. Dengan

demikian maka sistem pentanahan gardu induk 150 kV Maros

memenuhi syarat sistem pentanahan yaitu Tegangan hasil

pengukuran dan hasil analitik lebih kecil dari nilai tegangan yang

diizinkan

3. Evaluasi sistem pentanahan

a. Tahanan pentanahan

Dalam standar IEEE, besarnya tahanan pentanahan di hitung

dengan langkah berikut:

Langkah ke 1: Data Lapangan

Data lapangan yang digunakan dalam perhitungan ini adalah:

a. Ukuran lokasi gardu induk yaitu 112 m x 41 m atau 4592 m2

berbentuk empat persegi panjang.

b. Tahanan jenis tanah yang terukur 100 Ohm – meter

* Langkah ke 2: Ukuran Konduktor

79

Dengan asumsi bahwa peralatan ditanahkan langsung tanpa

impedansi dan arus gangguan tanah simetri If ≈ 3I0, maka Ukuran

konduktor dihitung dengan Persamaan 2.24 pada bab II sebelumnya.

3I0 =)()(3

33

021021 XXXjRRRR

xEx

f

Untuk gangguan pada sisi 150 kV

3I0 =)401010()1044()0.(3

3.000.150.3

j

x

Untuk gangguan sisi 20 kVm, impedansi gangguan ekivalen 150

kV harus ditransformasikan ke sisi 20 kV. Dengan transformator

hubungan Δ-Y, hanya impedansi gangguan urutan positip sisi 150 kV

yang ditransformasikan. Hasil transformasinya adalah :

Z1 =2

150

20

(4 + j10) + 0,034 + j1,014

= 0,105111 + j1.191778

Z0 = 0,034 + j1,014

80

Maka

3I0 =)()(3

33

021021 XXXjRRRR

xEx

f

3I0 =)014.1191778.1191778.1()034.015111.015111.0()0(3

3000023

j

xx

3I0= 29725.45 A

Arus gangguan sisi 20 kV akan digunakan sebagai dasar

menentukan ukuran konduktor pembumian.

Dengan menggunakan Tabel A1 lampiran 1, untuk lama waktu

gangguan 0.1 detik, faktor dekremen Df =1.25, maka arus gangguan

asymmetri (rms) adalah 1.25 x 29725.45 = 37156.82 A. Nilai arus ini akan

digunakan untuk menentukan diameter minimum konduktor pembumian

Dari tabel A2 mengenai material konduktor yang digunakan

sehingga dipilih copper clad steel wire sesuai yang terpasang pada GI

Maros dengan konduktivitas 30 % sebagai konduktor grid, dengan

temperatur keliling 400 C dan batas temperatur maksimum 7000 C.

Jadi luas penampang dari konduktor dihitung dengan menggunakan

Persamaan pada bab II sebelumnya dan nilai tabel A2 pada lampiran 1

maka diperoleh :

81

Karena luas penampang koduktor 142,8 mm2 tidak ada maka

dipilih luas penampang konduktor 150 mm2, dengan demikian luas

penampang yang terpasang sama dengan hasil perhitungan.

* Langkah ke 3: Kriteria tegangan sentuh dan langkah

Untuk ketebalan permukaan batu koral 0,1 m (4 inchi) dengan

tahanan jenis 3000 Ω-m dan tahanan jenis tanah 100 Ω-m, faktor refleksi

K dihitung dengan menggunakan persamaan :

K =s

s

(4.3)

=3000100

3000100

= - 0,93548

Dari Gambar 4.2 untuk K = - 0,93548 dan hs = 0,1 m diperoleh

faktor reduksi Cs = 0,58389 Faktor reduksi dapat juga dihitung secara

pendekatan dengan menggunakan persamaan pada bab II sebelumnya

sebagai berikut.

82

Cs = 1 -09,02

109,0

s

s

h

(4.4)

= 1 -09,0)70,0(2

3000

100109,0

= 0.58389

- Tegangan sentuh yang diizinkan:

Untuk berat badan 70 kg :

Dengan Cs =

Untuk berat badan 50 kg :

Dengan Cs =

- Tegangan langkah yang diizinkan:

Untuk berat badan 70 kg :

Dengan Cs =

83

Untuk berat badan 50 kg :

Dengan Cs =

Langkah ke 4 menghitung tahanan pentanahan

Dari data pada tabel tabel 4.2, panjang total keseluruhan konduktor

adalah 2215 m dan luas grid A = 4592 m2, diperoleh harga tahanan grid

Rg

ohm

Langkah ke 5 Arus Grid Maksimum

Arus grid maksimum IG ditentukan persamaan sebelumnya dalam

bab II, Untuk Df = 1.25 dan Sf =0.6 maka arus grid maksimum adalah

84

Sf =03I

Ig

03I

ISf

g

IoSfI g 3*

53.124423*6.0 xI g

AI g 55.22396

Jadi Nilai IG (Arus grid maksimum) adalah

IG = Df.Ig

IG = 1.25 x 22396.55

IG = 27995.69 A atau 27.99569 kA

Walau arus grid maksimum pada sisi 20 kV (29725.45 Amp) lebih

besar dari arus grid maksimum pada sisi 150 kV (12442,53 Amp), namun

belitan trafo 20 kV dengan hubungan bintang ditanahkan merupakan

sumber lokal arus gangguan dan tidak memberi konstribusi terhadap

kenaikan potensial tanah (GPR, Ground Potential Rise). Jadi, arus grid

maksimum didasarkan pad harga arus gangguan sisi 150 kV (12442,53

Amp).

Langkah ke 7: Kenaikan potensial tanah (GPR)

85

Sekarang perlu dibandingkan antara GPR dengan tegangan sentuh

yang diizinkan.

GPR = IG.Rg

= 27996. 0.715 = 2001.714 volt

Harga ini jauh lebih besar dari 895.3911 volt, batas aman seperti

yang diperoleh pada langkah ke tiga. Oleh sebab itu dibutuhkan evaluasi

rancangan lebih lanjut.

Langkah ke 8 Menghitung mesh voltage

Harga Km hasil dihitung berdasarkan persmaan pada bab II

sebelumnya adalah

Km =

12(

8ln.

.4..8

)2(

..16ln

2

1 22

nK

K

d

h

dD

hD

dh

D

h

ii

dengan :

dengan

N = jumlah batang elektroda = 18

dan

Kh =oh

h1

H = 0.7 m

86

Ho = 1.0 m

Kh =0.1

7.01

Kh =1.30384

Km=2

1

115.2(

8ln

30384,1

635405,0

01405,0.4

7,0

01405,0.7.8

)7,0.27(

01405,0.7,0.16

7ln

22

Km = 0.754187

Faktor Ki dihitung sebagai berikut

Ki = 0,644 + 0,148 n

di mana

n = 18 batang

Ki = 0,644 + 0,148.15

= 2,864

Tegangan mesh Em dihitung sebagai berikut :

Em =M

Gim

L

IKK

Em =2215

27996684.20.754187x100 xx

Em = 193.29 Volt

Menghitung Tegangan langkah

Berdasarkan persamaan sebelumnya pada bab II maka tegangan

langkah dapat dihitung dengan proses berikut:

87

KS =

25.01

11

.2

11 n

DhDh

KS =

2155.01

7

1

7.07

1

7.0.2

11

= 0.31417

Sehingga diperoleh:

El=RC

isG

LL

KKI

.85.0..75.0

...

EL =1481.085.0221575.0

863.231417.027996100

xx

xxx

= 243.027 Volt

* Langkah ke 9

Hasil perhitungan diperoleh tegangan mesh lebih rendah dari

tegangan sentuh yang diizinkan (193.291 volt dibanding 282.1018 volt).

* Langkah ke 10

Hasil perhitungan tegangan langkah Es di bawah harga tegangan

langkah yang diizinkan yang sudah diperoleh sebelumnya dalam langkah

ke 3 pada 243.027 volt dibanding 895.3911 volt).

Perhitungan Tahanan jenis tanah dengan Metode tiga titik

(Three point methods)

Berdasarkan data sebelumnya pada gambar 4.2 diketahui:

Jarak batang electrode terdekat (a) = 28 m

88

Tahanan pembumian terukur seperti pada tabel 4.1adalah:

a. Dengan metode Sverak Rg = 0.7129 Ohm

b. Dengan metode Swarz Rg = 0.5025 Ohm

Maka Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan (2.18) pada bab II sebelumnya seperti berikut:

a. Dengan metode Sverak :

Ohm meter

b. Dengan metode Swarz

Ohm meter

Perhitungan Tahanan jenis tanah dengan Metode empat elektoda

(Four Electrode methods)

Berdasarkan data sebelumnya pada gambar 4.2 diketahui:

Jarak batang electrode terdekat (a) = 28 m

Tahanan elektroda yang terukur seperti pada lampiran 4

adalah :

a. Dengan metode Sverak Rg = 0.7129 Ohm

b. Dengan metode Swarz Rg = 0.5025 Ohm

89

Maka Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan (2.22) pada bab II sebelumnya seperti

berikut:

a. Dengan metode Sverak :

Ohm meter

b. Dengan metode Swarz

Ohm meter

Hasil perhitungan menggunakan metode tiga titik dan metode

empat titik nilainya sama, hal ini disebabkan oleh jarak antara

elektroda yang terpasang adalah sama yakni 28 meter.

4. Pengujian dengan Simulasi menggunakan ETAP

Pada saat terjadi gangguan pada peralatan gardu induk maka

arus mengalir menyebar lewat konduktor kisi-kisi dan batang

elektroda, selanjutnya dinetralkan masuk ke dalam tanah. Besarnya

arus mengalir dalam tanah tersebut tidak dianalisis dalam penelitian

ini.

Berikut ini hasil simulasi menggunakan program ETAP dalam

menentukan besarnya tegangan sentuh, tegangan langkah

90

(a)

(b)

(c)

Gambar 4.4 Model Sistem pembumian menggunakan ETAP

Gambar 4.4 di atas menunjukkan proses pelaksanaan simulasi

dengan program ETAP. Untuk gambar (a) menunjukkan bentuk grid

dan posisi elektroda batang sistem pembumian, (b) visualisasi dari

gambar (a) untuk dua dimensi tampak dari depan dan gambar (c)

visualisasi dari gambar (a) untuk tiga dimensi.

91

Simulasi ini dilakukan untuk menguji hasil analitik dan hasil

pengukuran, namun demikian dalam simulasi ini tidak

memperlihatkan nilai arus gangguan pada peralatan tetapi

menggunakan arus gangguan (3Io)_berdasarkan data hasil pengujian

sebesar 29.725 kA, sehingga diperoleh hasil seperti pada gambar

4.5.

Gambar 4.5 Hasil simulasi menggunakan ETAP untuk berat

badan 70 kg

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa besarnya sentuh hasil

simulasi sebesar 1309.2 volt untuk berat badan 70 kg, sedangkan

yang sentuh yang diijinkan sebesar 2060.3 volt. Begitu juga untuk

tegangan langkah hasil simulasi sebesar 852.5 volt dan tegangan

yang diijinkan sebesar 6751.6 volt untuk berat badan 70 kg.

sedangkan tahanan pembumian diperoleh sebesar 0.61 Ohm.

Dengan demikian maka sistem pembumian gardu induk Maros

92

menuhi syarat yang ada yaitu tegangan langkah hasil perhitungan

dengan simulasi ETAP lebih kecil dari tegangan langkah yang

ditoleransi, demikian juga dengan tegangan sentuh lebih kecil dari

tegangan sentuh yang ditoleransi. Begitupun dengan tahanan

pembumian lebih kecil atau sama dengan dari 1 ohm ( .)

Gambar 4.6 Hasil simulasi menggunakan ETAP untuk berat

badan 50 kg

Pada Gambar 4.6 menunjukkan bahwa besarnya sentuh hasil

simulasi sebesar 1309.2 volt untuk berat badan 50 kg, sedangkan

yang sentuh yang diijinkan sebesar 1522.2 volt. Begitu juga untuk

tegangan langkah hasil simulasi sebesar 852.5 volt dan tegangan

yang diijinkan sebesar 4988.5 volt untuk berat badan 50 kg. Dengan

demikian maka sistem pembumian gardu induk Maros menuhi syarat

yang ada yaitu tegangan langkah hasil perhitungan dengan simulasi

ETAP lebih kecil dari tegangan langkah yang ditoleransi, demikian

juga dengan tegangan sentuh lebih kecil dari tegangan sentuh yang

93

ditoleransi. Begitupun dengan tahanan pembumian lebih kecil atau

sama dengan dari 1 ohm ( .)

Dari hasil analisis tersebut di atas selanjutnya divalidasi

dengan hasil pengukuran di lokasi gardu induk 150 kV Maros seperti

terlihat pada tabel 4.5 berikut.

Tabel 4.5 Validasi data hasil pengukuran dengan analisis

No Data yang di Ukur Yang terukur Analisis Satuan

1 Panjang112 112

M

2 Lebar41 41

M

3 Tahanan Jenis100 100

ohm –m

4 Lamanya gangguan0.1 0.1

S

5 Estep50500.25 491.38

V

6 Estep70897.45 895.39

V

7 Etouch50156.34 154.86

V

8 Etouch70285.21 282.19

V

9 Horizontal conductor7 7

M

10 Spacing conduktor7 7

M

11 Depth of ground grid conduktor0.7 0.7

M

12 Resistance of ground system (Sverak)0.69 0.7147

Ohm

13 Resistance of ground system (Scwarz)0.525 0.5024

Ohm

Sumber : Hasil Pengukuran sistem pentanan gardu induk 150 kV Maros

Pada tabel 4.5 di atas menunjukkan bahwa nilai yang diukur

seperti tahanan pentananahan, tegangan sentuh dan tegangan

langkah, besarannya mendekati nilai hasil analitik. Dengan demikian

maka hasil analitik yang telah dilakukan mendekati nilai pengukuran.

94

F. PEMBAHASAN

Sistem pembumian gardu induk dengan luas area 4592 m2

dengan tahanan jenis tanah sebesar 100 Ohm meter berdasarkan

hasil pengukuran dengan kedalaman grid sebesar 0.7 m. Total

panjang konduktor dan konduktor batang elektroda sebanyak 18

batang serta konduktor yang terhubung pada peralatan adalah

2215m memiliki :

a. Tahanan pentanahan berdasarkan hasil analitik dan hasil

pengukuran menunjukkan bahwa nilainya lebih kecil dari

tahanan pentanahan yang diizinkan sebesar 1 ohm

b. Tegangan sentuh dengan berat badan 50 kg dan 70 kg

berdasarkan hasil perhitungan dan hasil pengukuran, nilai

masih di bawah batas tegangan yang di izinkan untuk lama

gangguan 0.1 detik

c. Tegangan langkah dengan berat badan 50 kg dan 70 kg

berdasarkan hasil perhitungan dan hasil pengukuran, nilai

masih di bawah batas tegangan yang di izinkan dengan

lama gangguan 0.1 detik

d. Arus grid maksimum yang dapat dilewatkan pada konduktor

grid sebesar 27,9 kA jauh lebih arus pengujian yang

dilakukan yaitu 10 kA, dengan lama gangguan 0.1 detik

95

e. Perbandingan tegangan mesh sebesar 193.29 volt jauh

lebih kecil dari tegangan sentuh yang diizinkan sebesar

282.1918 volt

f. Perbandingan tegangan langkah sebesar 243.027 volt jauh

lebih kecil dari tegangan langkah yang diizinkan sebesar

895.3911 volt

g. Hasil simulasi menggunakan ETAP menunjukkan bahwa

sistem pembumian pada gardu induk Maros memenuhi

syarat yang ada seperti terlihat pada gambar 4.5 dan 4.6.

Dengan demikian dari ketiga metode tersebut, menunjukkan

bahwa dengan simulasi ETAP menghasilkan nilai tahanan

pembumian yang paling kecil. Namun demikaian dua metode lainnya

masih dalam batas-batas yang disyaratkan. Jadi sistem pentanahan

gardu induk maros pada tegangan 150 kV berdasarkan data

rancangan, hasil perhitungan dan simulasi masih berada pada batas

toleransi yang dizinkan

Dari hasil survey langsung ke lokasi dan wawancara dengan bagian

lapangan di gardu induk Maros, maka dapat diperoleh bahwa tegangan

langkah maupun tegangan sentuh pada sistem pentanahan gardu induk

Maros pada kondisi operasi normal sebesar 0 (nol) volt. Hal ini berarti

bahwa komponen peralatan gardu induk bekerja dengan normal, karena

tidak ada tegangan yang timbul antara tanah dengan peralatan dan tidak

ada arus yang melalui peralatan yang terhubung ke sistem pentanahan.

96

Berdasarkan hasil pengukuran dengan metode empat titik

yang telah dilakukan,maka diperoleh tahanan jenis tanah pada

gardu induk Maros adalah sebesar 100 Ohm meter. Sedangkan hasil

perhitungan sebesar 125,42 Ohm (Sverak) dan 88.40442 Ohm

(Swarz). Demikian halnya dengan metode tiga titik sebesar 125,42

Ohm (Sverak) dan 88.40442 Ohm (Schwarz). Hal ini terjadi karena

persamaan yang ada memiliki kesamaan yaitu jarak elektroda yang

diukur adalah sama

G. Solusi Untuk Meningkatkan Kinerja Peralatan Gardu Induk di

Masa yang akan Datang

Pertumbuhan ekonomi yang terjadi saat ini terus meningkat, hal ini

dipengaruhi oleh jumlah penduduk yang terus bertambah, pembangunan

di segala bidang terus meningkat. Sebagai salah satu contoh adalah

adanya penambahan jaringan transmisi jalur tengah dan perubahan grdu

induk Maros dari sistem 70 kV ke 150 kV . Seiring dengan hal tersebut,

maka kebutuhan daya listrik terus meningkat, dengan demikian maka

kualitas daya listrik harus ditingkatkan pula baik dari segi suplai maupun

dari segi pelayanan. Untuk itu dimasa yang akan datang, mengingat

pertumbuhan penduduk terus meningkat maka kebutuhan daya listrik juga

meningkat sehingga dibutuhkan penambahan kapasitas daya listrik

(penambahan gardu induk baru), selanjutnya menaikkan tegangan

distribusi (20 kV) menjadi tegangan tinggi (150 kV) Selain itu, untuk

97

keadaan saat ini dibutuhkan penanganan gangguan dengan cepat, cepat

dan aman, melakukan reintalasi peralatan yang sudah tua, sehingga

gangguan yang terjadi dapat diisolir.

BAB V

PENUTUP

A. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengukuran, hasil analitik dan simulasi pada

bab IV sebelumnya maka dapat disimpulkan bahwa

3. Besarnya tahanan pentanahan pada pada gardu induk Maros

sebesar 0.71476 Ohm menggunakan metode Sverak dan

0.50235 Ohm menggunakan metode Scwarz, serta 0.61 Ohm

menggunakan Simulasi ETAP, nilai ini memenuhi syarat

sistem pentanahan yaitu

2. Besarnya arus gangguan yang timbul pada saat terjadi

kegagalan isolasi (hubung singkat satu fasa ke tanah) pada

gardu induk Maros berdasarkan hasil pengukuran sebesar 10

kA, sedangkan hasil analitik memungkin arus grid sebesar

27,996 kA yang dilewatkan pada konduktor pentanahan

dengan lama gangguan 0.1 detik.

98

3. Besarnya tegangan sentuh yang timbul pada saat terjadi

kegagalan isolasi (hubung singkat satu fasa ke tanah) pada

gardu induk Maros sebesar 154.8623 Volt untuk berat badan

50 kg dan 282.1918 Volt untuk berat badan 70 kg. Sedangkan

tegangan langkah sebesar 491.3763 Volt untuk berat badan

50 kg dan 895.3911 Volt untuk berat badan 70 kg, untuk lama

gangguan 0.1 detik

4. Sistem pentanahan peralatan komponen utama pada gardu

induk seperti peralatan transformator daya, konduktor

pentanahan dan peralatan proteksi semuanya terhubung dalam

satu sistem pengetanahan peralatan dan terhubung pada

sistem pentahanan gardu induk sehingga evaluasi yang telah

dilakukan merupakan satu bagian sistem pentanahan. Hasil

evaluasi yang dilakukan dengan cara membandingkan hasil

perhitungan, hasil pengukuran, nilai standar IEEE dan simulasi

dengan program ETAP menunjukkan bahwa ketiga metode

yang digunakan menunjukkan bahwa sistem pentanahan gardu

induk Maros memenuhi syarat yang ada yaitu tahanan sistem

pentanahan , tegangan sentuh dan tegangan langkah

hasil perhitungan lebih kecil dari tegangan yang diijinkan.

B. Saran

99

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan,untuk peralatan sistem

pentanahan Gardu Induk Maros terbatas pada analisis peralatan utama

yang ada dalam gardu induk tanpa menganalisis pengaruh peralatan lain

seperti saluran dan tower tansmisi yang ada didalam lokasi gardu induk.

Karena itu disarankan untuk penelitian lanjutan mengenai peralatan lain

yang terhubung dengan sistem pentanhan yang ada dalam gardu induk

khususnya gardu induk 150 kV Maros selain itu disarankan untuk

menganalisis sistem pentanahan gardu induk yang didalamnya memiliki

pembangkitan dengan sistem pentanahan yang terhubung satu dengan

yang lain.

100

Daftar Pustaka

CP, William and Justin, D,Joel, 1963, “ Hydro Electric Hand Book,Grounding, New York, Edisi 2.

CSA C22.1-1994, Grounding, Canadian Electrical Code

Dhimas Dhesah Kharisma, 2010 Pengaruh kedalaman Penanaman danjarak elektroda tambahan terhadap nilai tahanan pembumian,Jurnal Ilmu-ilmu Teknik-Sistem Vol. 5 No.2, diakses bulanDesember 2011

Dian Saefulloh ,2010 Perencanaan pengembangan gardu Induk untuk 10tahun ke depan, UNDIP, diakses bulan Desember 2010

Evans, D, Robert, 1950. “ Electrical Transmission and DisrtributionReference Book Grounding of Power System Neutrals, EastPittsburgh, Edisi 3.

Hutauruk, TS, 1999,” Pengetanahan Netral Sistem Tenaga danPengetanahan Peralatan, Erlangga, Jakarta.

Holmes H. Simbolon,2011. Perencanaa sistem pembumian Grid, GarduInduk 115 kV ketigul di PT. Chevron Pacific Indonesia, UnivesitasSumatra Utara, diakses bulan Januari 2011

Henry B.H. Sitorus, Herman Halomoan Sinaga, Hendrik A.N.Simanjuntak,2008. Disain Sistem Pentanahan Grid-Rod GarduInduk 150 kV Untuk Berbagai Kondisi Tanah di Lampung, UNILAdiakses bulan Januari 2011

101

IEEE, 1986. An American National Standard IEEE Guide for Safety in ACsubstation Grounding, New York, USA

Pabla, S, A, 1981,” Electric Power Distribution System Grounding, KirtiNagar, New Delhi.

Persyaratan Umum Instalasi Listrik (PUIL), 2000. “ Proteksi danKeselamatan, Badan Standarisasi Nasional Indonesia, Jakarta.

LAMPIRAN 1

Tabel A1 nilai Df

Lama gangguan

(detik)

Frekuensi (50 Hz) Decrement factor

(Df)

0.008 0.5 1.65

0.1 6 1.25

0.25 15 1.1

0.5 atau lebih 30 atau lebih 1

Tabel A2 Konstanta material hal 66 standar 80 IEEE, 1986 hal 66

102

LAMPIRAN 2

Gambar L1 Single line gardu induk Maros

103

LAMPIRAN 3

DATA-DATA HASIL PENGUKURAN

104

LAMPIRAN 4

Hasil pengukuran tahanan elektroda dengan metode empat titik

No Tes Lokasi Tahanan (Ohm)

1 Titik 1 Switch Yard 0.5

2 Titik 2 Switch Yard 0.4

3 Titik 3 Switch Yard 0.5

4 Titik 4 Switch Yard 0.5

105

LAMPIRAN 5

106

LAMPIRAN 6

Gambar L6. 1 Foto Papan Nama gardu induk Maros 150 kV yang diambil

tanggal 16 Maret 2012

107

Gambar L6.2 Foto Peralatan Gardu Induk Maros yang diambil tanggal 16

Maret 2012

Gambar L6.3 Foto Gardu Induk Maros 150 kV yang di ambil tanggal 16

Maret 2012

108

Gambar L6.4 Foto Tranformator Daya di Gardu Induk Maros yang diambil

tanggal 16 Maret 2012

LAMPIRAN 7

PT. PLN (Persero)

PIKITRING SULAWESI MALUKU DAN PAPUA

PENGUKURAN SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK 150 kV MAROS

No Data yang di Ukur SimbolYang

terukur Satuan

1 2 3 4

1 Panjang p 112 m

2 Lebar l 41 m

3 Tahanan Jenisρ

100ohm -

m

4Lamanya gangguan untuk konduktortanah

t0.1

s

109

5 Estep50 Es 500.25 v

6 Estep70 Es 897.45 v

7 Etouch50 Et 156.34 v

8 Etouch70 Et 285.21 v

9 Horizontal conductor Lc 7 m

10 Spacing conduktor D 7 m

11 Depth of ground grid conduktor hc 0.7 m

12 Resistance of ground system(Sverak) Rg 0.69 Ohm

13 Resistance of ground system (Scwarz) Rg 0.525 Ohm