Chapter 8 Earthing Sub Voltage Tolerance

41
BAB 14 Earthing 8.1 Pendahuluan Tanah adalah konduktor yang buruk oleh karena itu ketika tanah menghantarkan arus yang besar, peningkatan tegangan tanah akan terjadi dan sistem ketanahan akan menghasilkan peningkatan tegangan tanah. Besaran dari ganguan arus tanah bisa berkisar beberpa kA sampai 20-30 kA dan impedansi tanah pada sistem gardu bisa berkisar 0.05 ohm sampai 1 ohm. Walaupun semakin besar arus umumnya dihunungkan dengan rendahnya impedansi, peningkatan tegangan tanah bisa menjadi beberapa puluh kV. Sebagai akibat ada resiko yang potensial untuk orang yang berada disekitarnya pada saat ganguan ketanahan dan merusak peralatan. Saat ini kesadaran terhadap keselamatan yanng behubungan dengan instalasi listrik sudah ada. Beberapa perkembangan yang baru juga menekankan pentingnya sistem ini dan menjadi tantangan bagi insinyur sistem ketanahan ini. 1. Area terbatas mengganti atau memperbaharui substasi di dearah terpencil membatasi pilihan kontrol tegangan tanah 2. Perkembangan kependudukan, perhatian adanya penigkatan tegangan tanah pada menara jalur transmisi 3. Stasiun komunikasi mobil perkembangan menara transmisi pada system distribusi juga meningkatkan perhatianya terhadap sistem perlindungan tegangan tinggi. 4. Modernisasi sistem jalur kereta listrik. Sistem transmisi 400kV/25kV dimana terdahulunya dipisahkan 5. Menara pembangkit angin. Sistem ketanahan memerlukan perancangan khusu karena distribusi jaringan elektrik dan tingginya impedansi tanah pada sistem interfes tegangan.

description

ok

Transcript of Chapter 8 Earthing Sub Voltage Tolerance

BAB 14

BAB 14

Earthing

8.1 Pendahuluan

Tanah adalah konduktor yang buruk oleh karena itu ketika tanah menghantarkan arus yang besar, peningkatan tegangan tanah akan terjadi dan sistem ketanahan akan menghasilkan peningkatan tegangan tanah. Besaran dari ganguan arus tanah bisa berkisar beberpa kA sampai 20-30 kA dan impedansi tanah pada sistem gardu bisa berkisar 0.05 ohm sampai 1 ohm. Walaupun semakin besar arus umumnya dihunungkan dengan rendahnya impedansi, peningkatan tegangan tanah bisa menjadi beberapa puluh kV. Sebagai akibat ada resiko yang potensial untuk orang yang berada disekitarnya pada saat ganguan ketanahan dan merusak peralatan.

Saat ini kesadaran terhadap keselamatan yanng behubungan dengan instalasi listrik sudah ada. Beberapa perkembangan yang baru juga menekankan pentingnya sistem ini dan menjadi tantangan bagi insinyur sistem ketanahan ini.

1. Area terbatas mengganti atau memperbaharui substasi di dearah terpencil membatasi pilihan kontrol tegangan tanah

2. Perkembangan kependudukan, perhatian adanya penigkatan tegangan tanah pada menara jalur transmisi

3. Stasiun komunikasi mobil perkembangan menara transmisi pada system distribusi juga meningkatkan perhatianya terhadap sistem perlindungan tegangan tinggi.

4. Modernisasi sistem jalur kereta listrik. Sistem transmisi 400kV/25kV dimana terdahulunya dipisahkan

5. Menara pembangkit angin. Sistem ketanahan memerlukan perancangan khusu karena distribusi jaringan elektrik dan tingginya impedansi tanah pada sistem interfes tegangan.

Pada bab ini subjek ketanahan mencakupi kedua power frquency dan aspek transient. Pada sistem distribusi dan transmisi memilki sistem ketanahan dimana sistem ketanahan netral dapat dipertimbangkan. Pada bagian berikutnya dikhususkan untuk resistifitas tanah dan mekanisme konduksi. Dalam mengkaji power frequency prosedur perancangan instalasi ketanahan yang aman dijelakan berdasarkan informasi dari standar yang terbaru.

1. Impedansi sistem ketanahan yang berbeda

2. Besaran arus pada sistem ketanahan yang gagal dan perbandingannya kepada besarnya arus yang akan mengalir pada sistem ketanahan

3. Tegangan sentuh dan nilai maksimum yang dapat diterima

8.2 Komponen sistem ketanahan dan metode sistem ketanahan

8.2.1 Sistem Transmisi

Pada sistem transmisi 400/275kV yang di operasikan oleh National Grid di Inggris terdiri dari 250 gardu yang saling terhubung sepanjang 15000 km menggunakan lini sirkuit ganda didukung dengan 26000 menara transmisi. Sebanyak 200 ganguan pertahun terjadi pada sistem transmisi dimana 90% nya merupakan ganguan sistem ketanahan. Walaupun secara jumlah kecil namun ganguan dapat mengakibatkan arus sebesar 4kA dan 35kA menglir pada sistem ketanahan gardu. Pada umunya ganguan ditangani dalam kurun kurang dari 160 milidetik.

Terdiri dari dua komponen utama: grid ketanahan utama dan elektrone sistem ketanahan. Kawat ketanahan juga merupakan bagian penting, dimana kawat menghubungi menara kepada grid ketanahan pada gardu. Dalam hal ini sistem ketanahan dibentuk secara tidak langsung dengan kaki menara. Adanya kawat ketanahan mengurangi impedansi tanah pada gardu. Sebagai hasilnya setiap pengikatan tegangan tanah akan dihantarkan ke area yang lebih luas, hal ini disebut impedansi rantai

8.2.2 Sistem Distribusi

Pada sistem distribusi rata rata ganguan lebih tinggi dari pada sistem transmisi. Dengan panjang jalur yang lebih besar pada sistem distribusi tidak mengherankan lebih banyak ganguan yang terjadi. Besaran arus yang terjadi 25kA pada jaringan 132 kV dan 1-2 kA pada gardu 33kV dan 11 kV. Walaupun arus ganguan pada sistem distribusi lebih kecil namun waktu hilangnya lebih lama. Aturan umum dimana waktu arus hilang tinggi maka tegangan pada gardu akan rendah. Pada sistem 11kV memasang IDMT dimana waktu arus hilang bisa melebihan dari 1 detik. Pada kabel bawah tanah lapisan metal pada kabel membentuk hubungan ketanahan yang tidak langsung dan menurukan impedansi tanah

8.2.3 Metode sistem ketanahan - perlakuan titik netral

8.2.3.1 latar belakang

Pada awal perkembangan sistem ketenagaan tiga fasa adalah hal biasa untuk tidak mentanahkan titik netral. Berkembangkan sistem ketenagaan memunclukan banyak masalah ganguan arus ketanahan pada sistem yang tidak ditanahakan. Busur api terbentuk pada saat ganguan yang menyebakan rusaknya peralatan bahkan pada jaringan. Keuntungan dari sistem perlakukan netral adalah ganguan dapat di deteksi dengna mudah diatasi dan di lokasi, dan juga kelebihan tegangan saat ganguan terjadi dapat dikurangi.

8.2.3.2 ketanahan padat (solid earthing)

Menghubungkan titik netral dari instalasi langusng ke tanah. Hal ini menigkatkan tingkat ganguan ketanahan tetepi mengurangi kelebihan tegagan.

8.2.3.3 ketanahan tahanan ( Resistace Earthing)

Titik Netral pada transformer dan tanah langusng dihubungkan dengan resistor. Pada sistem yang lebih besar 11kV LER (liquid earth resistor) umumnya dipakai. Nilai resistansi di pilih sehingga besarnya arus pada ganguan tanah berkisar 1kA pada jaringan 11 kV. Sistem ketanahan ini digunakan untuk membatasi tegangan lebih pada sistem ketanahan sebelumnya

8.2.3.4 ketanahan rekatansi ( Reactance Earhing)

Sebuah reaktor di temparkan antara titik netral dan tanah. Disarankan tingkat ganguan tidak melebihi 60 % dari tingkat ganguan 3 fasa untuk menghindari tegangan lebih. Karena itu system tidak dapat digunakan sebagai alternatif dari sistem ketanahan tahanan. System ini digunakan di system yang memilki tingkat ganguan ketanahan yang melebihi tingkat ganguan 3 fasa pada setiap fasanya.

8.2.3.5 Ketanahan Resonansi (Resonant Earthing )

Menaruh sebuah reaktor antara titik netral dan tanah dimana akan dapat menutupi kapasitansi tanah pada saat terjadinya ganguan. Hal ini disebut juga koil petersen. Memilki dua keuntungan dimana pada saat fasa tunggal -tanah gagal bunga api di diredam secara otomatis tanpa adanaya gangguan arus. Kedua apabila diperlukan jaringan dapat beroperasi saat ganguan.

8.2.4 Apikasi metode sistema ketanahan yang berbeda

sistem ketanahan padat di aplikasi pada jaringan 66kV samapai 400kV pada jalur transmisi 275 kV dan 400 kV sistem ketanahan dapat lebih daripada satu karena pada beroperasi pada sistem yang acak. Hal ini dapat mengurangi biaya kapital transformer, dimana insulasi dapat dipakai dan penahan surja pada tegangan lebih rendah dapt digunakan

8.3 Resistifitas tanah dan teknik pengukuran

8.3.1 Resistifitas dan mekanisme konduksi

Konduksi elektrik pada tanah sebagian besar merupakan konduksi elektrolitik dalam larutan cairan bebatuan dan tanah. Konduksi metalik, semikonduksi elektronik dan eletrolitik padat dapat terjadi tapi hanya jika terdapat logal dan mineral induk. Resistifitas tanah umumnya tergantung pada

Derajat porositas dan pecahan material Tipe elektrolit Suhu

Impedansi dari konduktor membentuk konstrasi elektrode tanah adalah kecil. Dan apabila tanahnya padat disekitar sistem yang terpasang resistifitas elektrode dan tanah bisa di abaikan. Oleh karena itu resistifitas disekeliling ketanahan yang menentukan daya tahanan tanah dari elektrode tersebut.

akan susah untuk menetukan resistifitas tanah karena tanah tersusun dari berbagai jenis batuan yang bebeda kerapatannya.

8.3.3 Investigasi situ dan teknik pengukuran dari resistifitas tanah dan struktur

8.3.3.1 Peta Geologis

Peta dapat berformat soild dan drift, peta solid menggambarkan letak bebatuan dasar. Sedangkan peta drift menggambar deposit superfisial.

8.3.3.2 Data Borehole

Sampel dari lubang galian dapat meneydiakan informasi perubahan struktur tanah dan tipenya pada setiap kedalaman. Namun untuk pengukuran resistifitas tanah tidak disarankan karena terlalu kompak dan kandungan kelembaban pada tanah akan terpengaruh pada saat pengambilan dan tidak akan lagi mewakilkan

8.3.3.3 Survey seismik

menggunakan gelombang akustik yang dipancarkan dan dipantulkan kembali, diukur waktu perjalan gelombang dan amplitudo gelombang. Untuk mengetahui kepdatan dan ketebalan lapisan tanah. Dapat menggunakan table air untuk invetigasi ini.

8.3.3.4 Radar menembus tanah

Radar untuk menghasilkan gelombang pendek VHF gelombang elektromagnetic pada frekuensi 35MHz sampai 900 MHz. Pantulan gelombang ini menunjukan lapisan antara material dnenga resistifitas yang bebebda dan properti dielektrik yang berbeda. Dengan mengestimasi kecepatan rambatan gelombang dapat ditentukan kedalaman dari lapisan. Teknologi ini terbatas pada 10 m pada pasir kering dan 1m pada lumpur basar.

8.3.3.5 Pengukuran resistifitas tanah

Yang paling sering diguanakan adalah metode wanner, metode ini menggunakan 4 elektroda dengan jarak a. Arus di berikan pada dua elektrode terluar dan perbedaan tegangan diukur pada kedua eketrode tengah. Arus dibangkitkan dari sumber AC untuk mengantipasi efek arus telluric arus elektrokimia dan interfensi dari sumber arus DC maka merubah arus secara peridok di perlukan

Arus telluric mengalir di tanah pada area yang luas dengan mengubah besaran dan arah pada setiap periode yang berbeda, hal ini berhubungan antara perubahan dan medan magnet yang teratur dan tidak teratur. Dan arus telurik besar pada saat badai magnet. Arus elektrokemikal akan lebih besar dari arus telurik contohnya dengan proses oksidasi. Lee mencatat dengan menggunakan meger dalam pengukuran resistifitas tanah dan saat ini metode lee digunakan dengan bentuk yang lebih modern

Resistifitas tanah pada instalasi elektrikal bisa saja dipengaruhi dari jarak antara elektroda yang terkubur dan grid. Banyak gangguan pada pembacaan resistifitas tanah dan tidak mudah untuk di indentifikasi apakah perbedaan tersebur karena perbedaan alami dari struktur tanah. Apabila besaran terukur pada elektroda yang tegak lurus berbeda disetiap titik tengahnya maka adanya perbedaan struktur metalik tanah dapat dilihat dari kruva resistifitas tanah. Pengukuran disekitar kabel sirkuit harus dihindarkan.

Metode wenner Pada jarak a rasio tegangan terhadap arus akan menghasilkan nilai hambatan tertentu. Jika arus pada elektroda di asumsikan titik asal dan resistifitas di nyatakan sama maka resistifitas berhubungan dengan hambatan R dengan rumus

Semakin besar jarak elektroda, jalur arus pada tanah akan memilki cakupan area yang makin besar bahkan melebihi lapisan lapisan pada tanah. Oleh karean itu ketahanan sebagai fungsi jarak elektroda memberikan indikasi perubahan ketahanan tanah sebagai fungsi kedalaman elektroda pada tanah. Ada beberapa vaian dari konfigurasi wagner perbedaannya adalah pengukuran tegangan pada jarak elektroda yang lebih pendek

Pengukuran tegangan yang sangat akurat akan susah dilakukan karena batasan pada instrumentasi atau karena adanya gangguan signal pada saat pengukuran. Oleh karena itu pengukuran dengan metoda wanner sangat tepat untuk keakurtan yang reasonable tetapi untuk mendeteksi pada lapisan yang berbeda-beda masih belum menjadi perhatian.

Metoda Lain

Metode schlumberger-Palmer adalah metoda lain yang penguurannya dilakukan pada jarak yang berbeda, pada konfigurasi ini jarak akan lebih besar karena arus yang hampir bersamaa. Dengan cara ini perbedaan tegangan yang tinggi dapat diperoleh. Kesusahnan metode ini adalah apabila pengukuran pada lapisan yang lebih dalam pada luasan yang besar dimana akan membutuhan tembaga pengujian yang panjang dan pada jalur yang bebas. Untuk mengatasinya teknik dipole ( kutub ganda) digunakan untuk penelitian pada lapisan yang dalam sampai beberapa kilometer. Dengan memisahkan sirkuit tegangna dan arus yang merupakan dua kutub. Pengukuran dilakukan dengn jarang yang jauh 330 km mengindikasi batasan atas ketahanan tanah pada lapisan dalam pada kisaran 104 ohmmeter.

Teknik survey resistifitas

Electrode di tanamkan pada tanah dengan jarak yang bervariasi hal ini disebut profile veritkal, pada jarak yang tetap maka disebut profil horizontal

8.3.3.6 Teknik Transient Elektromagnetik

Dengan teknik ini arus AC diberikan pada sebuah loop yang terkubur dalam permukaan tanah. Arus DC sebagai gangguan diberikan secara tiba-tiba. Perubahan yang tiba tiba menhasilkan arus pada tanah yang makin lama berkurang sesuai dengan ketahanan dan struktur tanah. Arus ini menghasilkan medan magnet yang diukur dengan sebuah receiver pada permukaan tanah. Dengan menentukan pengungan arus natural ini memungkina mementukan resistifitas model.

8.3.3.7 Peta Resistifitas Tanah

Berdasarkan peta resitifitas yang dibuat. Di UK pengukuran dilakukan pada saat pembangunan national grid yang pertama 132kV.

8.3.3.8 Formasi model Tanah

Kurva resistifitas

Pada kurva A menggmabarkan resistifitas memilki sedikit variasai dengan kondisi tanah yang homogeny. Pada kurva yang lain menunjukan perubahan resistifitas tanah sebagai hasil dari ketidaksamaan pada struktur tanah. Pada kurva E menunjukan dua lapisan tanah dimana lapisan atas memilki resistifitas yang lebih tinggi. Sebaliknya kurva D menenujukan resistifitas pada permukaan rendah dan meningkat seiring dengan penambahan kedalaman. Pada lapisan yang berbeda berlaku dimana 1 lapisan atas dan 2 lapisan bawah

Pada kurva B dan C menunjukan karakterisitik pada struktur tanah berlapis tida. Resistifitas rendah pada permukaan, resistifitas yang lebih tinggi pada lapisan tengah dan resisitifitas lebih rendah pada lapisan yang dalam.

Model sederhana

Cara yang paling sederhana adalah mengambil data resistifitas tanah equivalen dari data resistifitas. Hal ini sangat dapat digunakan karena banyak rumusan analitikal untuk menghitung resistansi tanah dan beda tegangan permukaan dengan menggunakan data asumsi.

Model standard

Standar IEEE std 80 merekomendasikan menggunakan model dua lapisan berdasarkan nilai maksimum dan minimum pada kurva resistifitas.

Model dua dimensi dan tiga dimensi

Kombinasi profile vertical dan horizontal adalah model dua dimensi. Dan jika profile horizontal dilakukan dengan dua arah orthogonal maka didapatkan survey dimensi. Pengukuran pada satu dimensi membutuhan 20 kali pembacaan untuk tiga dimensi membutuhkan ratusan kali pembacaan. Banyaknya jumlah elektroda , kabel ulticore dan systime switch yang terhubung dengan computer pengumpul data akan dibutuhkan pada model tiga dimensi.

8.4 Perfomansi frekuensi daya pada sistem ketanahan

8.4.1 Rekomendasi standar

Ada aspek yang harus diinvestigasi untuk menentukan perfomasi dari sistem ketanahan pada saat kondisi ganguan ketanahan untuk mengembangkan desain system ketanahan yang aman.

1. Pengukuran resistifitas tanah dan model ketanahan

2. Perhitungan impedansi total termasuk resistansi tanah pada grid dan impedansi elektroda menggunakan model pada tahap 1

3. Perhitungan arus ganguan tanah, pada berbagai kondisi ganguan

4. Perhitungan penyebaran ganguan untuk menentukan proposi arus ganguan yang mengalir ke tanah

5. Perkiraan penginkgatan daya tanah dan bahaya tegangan

6. Spesifikasi batas keamanan dan menentukan tingkat keamanan untuk desain ketanahan

7. Pengukuran pada instalasi untuk menverifikasi perhitungan impedansi dan tegangan yang pada akhirnya untuk meyakinkan kesatuan yang kontinu.

a. Tiga model yang berbeda digunakan untuk mengartikan pengukuran resistifitas

b. Tipe model 1 dmensi digunakan untuk menentukan data sounding resistifitas

c. Contoh model 2D

8.4.2 Impedansi Tanah

8.4.2.1 Perhitungan resistansi tanah pada elektroda terkonsentrasi

Formulasi analitis untuk ketahanan tanah unutk elektroda sederhana sudah ada. Rumusan untuk berbagai geomtri termasuk berbentuk bola, batangan, plat, plat tipis, piringan, cincin, grid dispesifikasikan dalam banyak standar. Semua fomulasi ini diasumsikan padaha tanah yang homogen. Resistansi untuk elektrode hemisperical pada jari jari r memliki rumusan

Resistansi tanah itu berproposional kepada resisitifitas dan berbanding terbalik dengan ukutan elektroda. Resistansi tanah pada grid tanah dapat berkisar dari beberapa puluh ohm sampai 0.01 pada sistem yang besar dengna resistifitas yang rendah.

Saat ini sudah ada banyak pengembangan dalam teknik pengukuran resistansi tanah. Hal ini difokuskan pada penyempurnaan dan pengembangan formula analisis untuk sistem elektroda yang sederhana terutama untuk model dua lapisan horizontal. Dan juga permodelan komputer yang sangguo memodelkan yang lebih akurat dan asimetris pada desian earthing.

8.4.2.2 Impedansi rantai pada system menara

Impedansi system ketanahan yang dibentuk oleh jalur kabel tranmisi disebut impendansi rantai. Ada beberapa jenis dan ukuran untuk kabel ketanahan pada setiap ukuran kaki menara. Pada gmabar dibawah menunjukan impedansi meanra pada 4 kondisi resistifitas yang berbeda sebagai fungsi panjang jalur, dimana impedansi berkurang dimana panjang jalur meningkat. Pada suatu nilai resistifitas terdapat panajng efektif yang akan menghasilakan nilai yang sesuai untuk karakteristik impedansi

Impedansi rantai biasanya dinyatakan garis tengah yang tidak terbatas yang diasumsikan konstan di sepanjang lintasan. Pada gambar 8.8 menunjukan nilai impedansi rantai pada setiap konstruksi yang berbeda (Zch). Garis tengah juga dapat diestimasi menggunakan formula

Dimana Zs adalah impedansi longitudianl persatu jarak, ini dapat dihitung mengunakan formula Carson-clem atau menggunakan metode gambar yang kompleks. Resistansi kaki menara Rt dapat diestimasi dari resistansi tanah formula. Pada gamabr diabwah ini menunjukan Resistansi rantai DC dan Impedansi rantai AC sebagai fungsi resistifitas tanah terhadap nilai asimpptotik dari panjang kurva impedansi/resistansi. Kurva ini menunjukan perbedaan yang nyata antar AC dan DC .

8.4.2.3 Impedansi tanah pada system kabel berlapis

System distribusi khusunya pada tegangan yang rendah pada jaringan tegangan tinggi 11kV, terdiri dari jaringan yang saling terhubung kabel bawah tanah. Kabal ini menghubungkan satu gardu dengan gardu lainya pada suatu grid kabel yang memilki lapisan temabaga akan membentuk kontak langsung dengan tanah. Dan kabel ini dapat perluasan horizontal pada grid.

Gambar diatas menunjukan impedansi dari kabel tidak berlapis sebagai fungsi panajng. Grafik menunjukan impedansi adalah proporsional dnegan resistifitas tanah dan pada resistifitas tertentu impedansi berkurang pada panjang tertentu. Diatas panjang tersebut impedansi adalah konstan.

8.4.3 Interaksi antara arus ganguan dan sistem ketanahan

8.4.3.1 Besaran Arus ganguan

Perhitungan arus ganguan dibutuhkan untuk menentukan kapasistas dari sirkuit pemutus tegangan pada berbagai titik pada sistem, untuk menentukan setting relay relay proteksi. Perhtiungan ini dibutuhkan untuk meentukan bearnya arus yang mengalir dari sistem ketanahan pada saat kondisi gagal yang akan menentukan kenaikan tegangan tanah.

Teknik perhitungan besaran arus ganguan ini terdapat pada IEEE/ANSI dan IEC 909. Standar ini memberkan rumus quasi dan factor emperis yang disederhanakan.

8.4.3.2 Distribusi Arus ganguan

Apabila terjadi ganguan arus pada suatu gardu, arus akan kembali ke tanah pada jalur dengan impedansi yang rendah dan masuk ke grid yang terhubung dengan titik netral pada titik asal untuk membentuk suatu sirkuit yang tertutup. Jika sumber terhubungan dengan gardu system yang gagal baik terhubung menggunakan kabel tanah maupun jalur tranmisi ataupun kabel bawah tanah, jalur balik tambahan akan terbentuk dari arus ganguan.

Rumusan diatas merukapan besarnya arus balik dimana If fasa kondukter arus ganguan Zc adalah impedansi unit/ panjang konduktor, Zmp,c adalah impedansi gabungan antara fasa dan konduktor. ZeA dan Zeb impedansi sistem ketanahan pada gardu pengirim dan penerima lab adalah panjang sirkuit.

8.4.4 Pengukuran Impedansi Tanah dan Tegangan

Pada instalsi baru mengukuran resistansi tanah atau impedansi pada instalsi adalah untuk meyakinkan apakah system bekerjasa sesuai dengna desain. Pada instalasi yang sudah ada pengukuran pada tahap tertentu untuk memguji integratisa dari system ketanahan itu.

Pengukurna menjadi sulit karena beberapa factor berupa arus bocor, dudukan grid setelah instlasi dan ganguan tegangan permukaaan tanah yang dkarenakan adanya objek metal yang terkubur dalam tanah. Pada pengukuran impednasi digunakan arus AC.

8.4.4.1 Teknik pengukuran impedansi dan resistansi tanah Fall of Potential (FOP)

Pengukuran yang paling mewakili untuk impedasi suatu instalsi adalah test ganguan bertingkat. Procedure test ini mengasilakn nilai arus gangguan menggunakan referensi voltase remote, pengingkatan tegangan tanah dan impedansi dapat dihitung.

Pengaturan FOP test

1. Pengukuran di peroleh dengan menyuntkan arus kedalam sistem ketnahan menggunakan sirkuit sementara

2. Test ini sangat cocok untuk gardu tegangan tinggi dapat dilakukan dennga test dua atau tiga titik

3. Arus uji yang di suntikan kepada electrode akan kembali melalui electrode pelengkap dengan jarak tertentu

4. Perbedaan tegangan dari setiap titik dengan electrode pelengkap akan diukura pada seuatu titik P.

5. Perbandingan anatar tegangan terhadap arus diketahui sebagai tahanan

6. Nilai tahanana di plot pada suatu nilai jarak P dan membentuk sebuah kurva

Plateau terbentuk hanya jika daerah resistansi electrode pada watu pengukuran dan electrode tambahan tidak bertumpuk (kurva 1) pada kurva 2 jarak C relative kecil dan tidak ada plateau karena itu perkiraan nilai resistansi pada kurva seperti ini akan lebih susah. Model analitis dari meotde FOP adalah

Dengna ketentuan nilai r lebih kecil dari C dan nilai resitance pada electrode R=/2r diberikan dengan syarat

1. P=0.618C yang merupakan aturan umum.

2. Nilai C adalah 10x dari r

3. Nilai resistansi diambil 20%, 40%, 60% dari niali C

Efek dari keagaman tanah pada FOP pada dua lapisan tanah, pergesaran pada electrode pelengkap akan menghasilkan niai resistansi dengan aturan 61.8% tidak dapt diterapkan. Dalam kasus ini nilai C diatas dari 61.8%

Efek hubungan pada test FOP

Dalam FOP ada dua kompnen beda tegangan pada sistem ketanahan yang sedang di test dan eketrode pelengkap dan tegangan induksi karean aliran arus pada loop. Efek hubungan antara arus dan tegangan tembaga dapat menjadi pertimbangan karena dapat menyebakan estimasi yang tidak tepat. Pada sistem yang besar mungkin saja terdapat efek ini hal ini dikarenakan

1. Nilai impedansi yang cukup rendah

2. Pada area yang luas dibutuhkan jarak elektroda yang lebar.

Biasanya nilai impedansi mutual ini berkisar 0.5 /km.

Pertimbangan praktis dan melakukan pengujian

Pengukuran pada sistem ketanahan dengan impedansi yang rendah menjadi lebih sulit karena efek dari noise dan efek hubungan. Noise karena beban yang tidak seimbang pada sistem tiga fasa. Adanya hamonik atau mekanisme lain yang menyebabkan arus berputar pada sistem ketanahan. Nilai bisa beriksar dari 100mv sampai beberapa puluh volt.

Sebagai laternative pada impedansi gardu tegangan tinggi dapat digunakan menggunakan frkeunsi pengukuran yang jauh dibanding frekuensi tenaga untuk menggurangi efek noise

Pada pengukuran dengan impedansi yang kurang dari 1 tidak disarankan menggunakan instrumentasi yang sedehana, pada sistem yang besar akan menghasilkan rekatansi dan resistansi karena itu pengukuran tegangan dan arus harus dipisahkan dengan instrumentasi yang khusus.

8.4.5 Perawatan dan uji kesatuan dari sistem ketanahan

Adapun hal-hal yang perlu diperhatikan adalah

1. Semua sambungan dan hubungan harus baik

2. Resitansi sambungan harus diukur dan nilainya adalah tak terhingga

3. Khsusunya earthing dan bonding kepada plant dan lapisan tanah harus dicek dan hubungan titik netral harus diverifikasi

4. Tes integritas menggunakan sumber tegangan yang bervariasai dan sanggup menghasilkan arus sampai 300 Amp

Dalam mengevaluasi sistem earthing dapat mencakup

1. Injeksi frekuensi radio untuk membentuk jalur konduktor atau memutuskan konduktor

2. Membandingkan penurunan tegangan pada bagian grid yang berbeda

3. Membandingkan arus pada grid

4. Membandingkan nilai impedansi pada titik pengukuran yang berbeda

5. Tes kontiunitas pada titik ke titik

6. Pengukuran Resistansi pada sambungan

8.4.6 Instalasi Khusus

8.4.6.1 Gardu Berisolasi Gas (GIS)

Karena area yang kecil pada instalasi GIS dan transient cepat dihasilkan pada saat operasi switch. Desain khusus untuk ketanahan diperlukan.

8.4.6.2 System ketanahan untuk rail kereta listrik

Untuk jalur kereta listrik bertegangan 400/25kV letak gardu berada dekat dengan sistem rel kereta. Butuh investigasi akibat ganguan terutama sisi 400kV.

8.4.6.3 Sistem telephone seluler pada menara transmisi

Meningkatnya penggunakan menara tegangan tinggi untuk transmisi GSM membutuhkan desain khusu untuk kaki menara.

8.4.6.4 Pembangkit tenaga angin

Area baling-baling untuk ini kebanyakan berlokasi pada area sepi dan berelevasi dengan resistifitas tanah tinggi. Gardu yang terhubung dengan area baling-baling biasanya kompak oleh karean itu grid ketanahan seprti ini tidak memilki reisitansi yang rendah. Pada kasus ini sisitem grounding dapat dihubungkan pada turbin baling baling tersebut

8.5 Bahaya elektrik dan isu keselamatan

8.5.1 tegangan langkah dan tegangan sentuh ( touch and step voltage)

Tegangan pada permukaan pada jarak tertentu dari sistem ketanahan cenderung nol pada beberpa titik. Tegangan sentuh akan dialami oleh seseorang apabila menyentuh bagian logam yang terhubung dengan sistem ketanahan. Apabila sesorang berdiri pada arah ketanahan akan menghubungkan dua titik tegangan yang berbeda hal ini disebut tegangan langkah. Hal ini mungkin terjadi karena

1. Konduktor yang terhubung pada sistem ketanahan mengalami gangguan dari derah bertegangan nol atau rendah.

2. Konduktor yang terisolasi tidak terhubung pada sistem ketanahan

8.5.1.2 Membangun lokasi untuk nilai maksimum tegangan sentuh dan langkah

Pada grid yang berbentuk kotak, tegangan sentuh yang paling besar terdapat pada di area didalam mesh ketika menyentuh logam yang ditanahkan. Area didalam mesh adalah simetris yang berarti titik tengah dari mesh itu sendiri. Standar British dan Amerika menetapkan jarak satu meter dari pojok grid. Desain tegangan mesh harus lebih rendah dari tegagan sentuh.

8.5.1.3 Besaran tegangan sentuh, mesh dan langkah

Sampai saat ini perhitungan tegangan sentuh, mesh dan langkah dihitung dengan pendekatan analitis. Porgram komputer sudah ada untuk menhitung ketahanan pada grid tanah dan tegangan permukaan disekitra grid edisi terbaru ada pada IEEE std 80. Adapun alasan menggunakan pemograman komputer adalah

1. Struktur tanah yang komplek membutuhkan perwakilan yang menyeluruh

2. Geometri grid tidak sama dan adanya metal yang terkubur sepanjan lintsan

3. Pemeriksaan yang lebih sepisifik titik bahaya dari teggnan langkah dan sentuh

8.5.2 Pehitungan tolerasni tegangan

Ketika kenaikan tegangan pada saat gangguan terjadi dihitung dalam desain ketanahan, perlu ditentukan batasan aman dari tegangan dan disebut toleransi tegangan. Pastinya level arus yang melalui tubuh manusia yang menentukan adanay bahaya elektrikal dan menetukan batasan yang akan dipakai. Tetapi tolerasni tegangan tidak hanya bergantung pada level arus toleransi tetapu juga nilai tahanan tubuh manusia.

8.5.2.1 Tolerasni arus tubuh

Aliran listrik dalam tubuh manusia dapat dirasakan. Dan dapat meyebabkan kontraksi otot untuk arus beberapa miliamper, apabila arus melebihi 50mA resiko pada fibrilasi jantung. Batasana fibiralsi tidak hanya debangtung pada besar arus tetapi juga durasi, arah arus dan frekuensi. Gambar 8.19 menunjukan toleransi arus tubuh manusia pada frekuensi dan waktu dari tangan ke kaki. Jalur tangan ke tangan tidak sebahaya jalur arus tangan ke kaki. Pada c2 fbrilasi di abaikan, c2 dan c3 menggambarkan 5% dan 50% batas kemungkinan.. Formula empiris untuk menggambarkan tolerasni arus tubuh dimana di palikasikan 99.5 dari populasi

Untuk tubuh berat 50 kg dan 70 kg nilai k=0.116 dan 0.157 dan ts adalah waktu sengatan. Pada standar IEEE stsd 80 untuk berat 50 disarankan untuk populasi diluar lingkungan gardu. Waktu sengatan itu tergangtung pada kecepatan dari sirkuit proteksi. Estimasi waktu sengatan membutuhkan justufukasi yang hati hati dimana sistem memilki aksi yang cepat tetapi back up yang lambat dan juga pada sirkuit yang menggunakan sutorencklosure yang cepat.

8.5.2.2. Sirkuit ketanahan aksidental

Setelah besar arus tubuh diijinkan ditentukan makan tegangan sentuh dapat ditentuk dari sirkuit shock aksidental Gambar 8.20 yang dapt digunakan untuk tegangan sentuh dan langkah. Sirkuit terdiri dari

a. Impedansi Tubuh Zb

b. Resistansi tambahan seperti sepatu

c. Resistansi tanah tanah pada titik beridri

Resistansi Tubuh manusia

Bernilai konstak 1k untuk standar US dan BS standar CENELEC mengadopsi nilai resitensi yang lebih presisi. Nailai resistansi yang tinggi pada tegangan rendah dan pada tegangan tinggi nilai cenderung konstan

Resistansi Alas kaki

Berkisar sekirar 4k untuk standar UK untuk standar ITU-T-K33 memberikan windo 250 sampai 3M

Resistansi tanah pada titik berdiri

Resistansi pada kaki manusia Rf dihitung dengan formula, dimana 3kali dari resistifitas permukaan

8.5.2.3 Tipe tolerasi tegangan sentuh

Tergantung pada model yang dipilih dan ada perbedaan standar pada definis arus tubuh, konfugurasi dan nilai parameter dari sirkuit aksidental. Contoh pada gambar 8.22

8.5.3 Metode Membatasi perbedaan tegangan yang berbahaya dan dimesi system

ketanahan

Area yang ditempati oleh sebuah gardu awalnya dimensi sistem ketanahan mncakup keseluruahn area pada grid tujuannya untuk mendaptkan resitansi yang rendah. Jika desian ketanahan sebuah gardu tidak memenuhi kriteia keselamatan beberapa tindakan dapt diambil diantaranya mengurangi tegangan langkah dan sentuh atau membatasi aliran arus pada sirkuit aksidental tubuh. Tindakan ini dapat dikelompokan pada 4 kategori

8.5.3.1 Mengurangi arus grid ketanahan

Impedansi pada sistem yang di tanahakan memungkinakan lini tunggal arus gangguan dibatasi. Pada sistem yang sudah di tanahakan , agaknay tidak memungkina untuk mengadakan impedansi tanah karena batasana pada kemapuan daya tahan isolasi pada sistem. Sebagai alternatif dapat diberikan logam tambahan pada jalur arus balik contohnya kabel gantung yang tidak ditanahakan, kabel dapat diinstall.

8.5.3.2 Mengurangi Impedansi tanah

Jika semua areayang ada sudah di utulisaai membuat hbungan langsung kepada grid yang terdekat dapat mengurangi impedansi tanah. Jika sistem ketanahan dibentuk dari lini menara biasanya ini juga harus dihubungkan dengan grid utama. Sering sistem ketanahan seperti ini memilki nilai impedansi yang lebih rendah dari grid utamanya. Dengan desian ketanahan extended ini memilki resitifitas yang rendah namun juga mneningkatkan potensial tanah pada area yang luas dan tidak terkontrol. Sebnagai alternatif memasang rod pada lapisan tanah yang dalam.

8.5.3.3 Membatasi Perbedaan tegangan

Ada beberapa yang dapat dilakukan untuk mengatasi perbedaan tegangan yang terlalu besar

1. Intensitas mesh yang lebih tinggi sehingga menyamai tegangan mesh 2. Tikar kawat kecil dapat ditanamkan kedalam tanah

3. Pada area yang terbatas dapat menggunakan penahan tegagnagan (potential ramp)

8.5.3.4 Meninagkatkan resistansi/isolasi pada jalur aksidental

Pada gardu menarukan bebatauan adalah cara yang sederhana untuk meningktakan tahanan pada kondisi basah

8.5.4 Penedekatan menejemen resiko pada keselamatan ketanahan

Merukjuk kepada standar EATS 41-24 jika kenaikan tegangan pada elektroda tanah melebihi level CCITT (430 V atah 650 V) tindakan harus dilakukan untuk menanggulangi resiko bahya.

8.5.4.1 tingkat resiko yang diijinkan

Tingkat resiko yang diijinkan memilki prinsi ALARP ( as low as reasonably prabticable)

8.5.4.2 Studi Kasus

Studi kasus ini akan mengilustrasikan terdapatnya tegangan langkah, dimana sesorang terekspose tegangan sentuh 1500 V pada 200 RMS sebagai akibat ganguan ketanahan pada sistem transmisi. Kemungkianan total seseorang dapat mengalami sengatan listrik yang fatal

Dimana P adalah probabilitas total, PF adalah Probabilitas ganguan ketanahan pada sistem tenaga, PFB adalah probabilitas fibrilitas jantung dan PC adalah probabilitas kontak seperti probabilitas seseorang pada sirkuit aksidental

Asumsikan PF= 0.2, PFB= 0.05 dan PC= 0.0007 maka hasilnya adalah 7 X 10 exp -6 dari probabilitas ini maka dianyatakan sesorang barada pada level bawah ALARP

8.6 Perfomansi Impulse pada sistem ketanahan

8.6.1 Standar yang mengatur transient pada system ketanahan

8.6.1.1 IEEE std 80 dan IEEE std 142

8.6.1.2 EA-TS 41-24

8.6.1.3 CENELEC-HD 637 S1

8.6.1.4 BS 6651

8.6.2 Ionisasi tanah

Berkurangnya impedansi elektroda tanah akibat arus impuls yang besar disebut ionisasi tanah. Karena perfomansi sistem ketanahan pada konsidi ransient yang cepat adalah penting untuk perlindungan kelebihan arus. Ada emapt bagian yang menjadi perhatian utama efek ionisasi tanah pada sistem elektroda tanah, estimasi intensitas medal listrik kritikal, model ionisasi tanah, dan analisa mekanisme ionisasi

8.6.2.1 Respon sistem elektroda tanah terhadap impuls arus tinggi

1. Transien impedansi didefinisikan sebagai rasio tegangan isntaneous dan arus yang berkurang dari impedansi awal selama terjadinya surja yang cepat dari korespodensi minimum kepada ionisasi maksium dimana sepetiga nilai frekuensi2. Ionisasi tanah terjadi diatas batasan arus yang berhubungan dengan intensitas medan listrik di tanah

3. Kurva tegangan dan arus instan akan membentuk loop yang histeris

4. Electrode yang berlonjak dapat meningkatkan efek ionisasi tanah

5. Jedah wakti dalam ionisasi dan deionisasi memerlukan pendekatan model

8.6.2.2 Perkiraan besar instensitas kritis medan listrik

Parameter utama dalam mewakili tingkat batasan ionisasi tanah adalah intensitas medan listrik kritis atau Ec. Diaman nilai Ec berkisar lebar dari 1.3 dan 17.3 kV/cm tergantung dari tipe tanah dan geometri elektroda dan kehomogenian tanah.

8.6.2.3 Mekanisme Ionisai tanah

1. Pengingkatan Medan listrikPada tahun 1091 dan 1993 karakteristik kerusakan elektrispada skala kecil menunjukan proposional antara ionisai pada celah tanah akaran pengikatan medan listrik dan ditntukan hal hal yang mendasar

Ionisasi terjadi pada kurun waktu tertntu ke waktu tak terbatas pada implus dan waktu jedah 10 sampai 10 mikrodetik

Waktu jedah ditunjukan dalam variasi statistika dan deviasa menurun apabila tengangan dinaikan

Waktu jedah berkurang seiring konten air dan tegangan yang diapalikasikan

Batasan keruskan pada tanah yang di celupkan gas SF6 adalah 2.5 lebih tinggi dibanding udara

2. Proses ThermisPada suhu rendah larutan ionis akan menghasilkan konsentrasi aliran arus pada filament air. Pemanasan lanjut pada saluran ini akan mengakibatkan penguapan dan akhirnya kerusakan pada jalur filament. Pada investigasi lanjut pada tanahmenayrankan bahwa tidak satupun model thermal atau model kenaikan medan dapat mengakibatkan banyakanya prilaku tanah padah tegangan tinggi. 8.6.4 Model sistem ketnahan pada frekuensi tinggi dan kondisi transien

8.6.4.1 Lini transmisi per satuan panjang impednasi serial dan admitnasi shunt

Pada frekuensi tinggi , rekatansi serial r dapat diabaikan sehingga imput imepdansi dapat dinaytakan sebagai

Dimana Zc adalah impedansi serial per unuit panjang dan Yc admitansi shunt per unit panjang dan l adalah panjang elektroda

8.6.4.2 Analisa jaringan pada segment lini transmisi

Pada system ketanahan yang luas jangan menggunakan kopling antar elektroda contoh pada sistem transmisi

8.6.4.3 Model Elektromagnetik

Menunjukan tegangan simulasi yang dihasilakn dari 1/5 impulse arus yang disuntikan pada rod 5m. pada nilai resistifitas rendah induktansi dari system memliki efek yang besar dan . pada resistifitas tinggibesaran arus menjad signifikan dibanginakan dengan arus bocor adan efek permitifitas adalah pengaruh dari waktu kenaikan tegangan

Gambar diatas menunjukan response frequensi pada 100x 100 m2 grid pada resisitifitas tanah. Dapat dilihat pada frekuensi rendah maka impedansi cenderung contrant. Pada setiap nilai resistifitas nilai secara teratur naik diatas batasan frekuensi dan prilaku ini adalah atribut induktnasi dari konduktor.

Pada gambar 8.29 mengindikasikan surja yang siginfikan dan semakin membesar pada grid dan melambatnya waktu kenaikan tegangan. Drop tegangan pada temabaga adalah sangat tinggi pada kondisi ini.