KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

6
12 Vol 9 No. 2 Oktober 2014 KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING Galuh Renggani Wilis Dosen Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasakti Tegal Abstrak Grounding adalah sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik, petir, dll. Tujuan utama dari adanya pentanahan adalah menciptakan jalur yang low-impedance (tahanan rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage. Konduktor grounding (ground grid) dan batang grounding (ground rod) adalah bagian dari grounding yang berperan untuk menyalurkan arus dari satu bagian ke bagian lain, harus jenis penghantar yang baik, kuat secara mekanis dan dilindungi untuk menjaga kemungkinan gangguan mekanis yang dapat menyebabkan turunnya daya hantar ataupun terputus. Ground rod adalah penghantar yang ditanam dalam tanah dan sebagai kontak langsung dengan tanah.Penelitian ini diawali dengan studi literature kemudian mengumpulkan data data untuk menghitung luas material grounding. Perencanaan konduktor grounding meliputi elektroda, jaringan, ground mat, system grounding. Pengukuran tahanan grounding membutuhkan tanah yang mempunyai nilai tahanan berharga nol. Dengan rumus Schwarz,perhitungan arus maksimum, perhitungan ukuran konduktor, tahanan jenis konduktor,didapat bahwa ukuran konduktor alumunium yang digunakan adalah 95 mm 2 . Tahanan thermal 1,951 Ohm, tegangan langkah 69,1 volt dan tegangan sentuh 243 volt. Kesimpulan yang diambil adalah alumunium dapat digunakan sebagai bahan altenatif konduktor grounding pengganti tembaga. Kata kunci : konduktor, grounding, alumunium PENDAHULUAN Grounding adalah sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik, petir, dll. Tujuan utama dari adanya pentanahan adalah menciptakan jalur yang low- impedance (tahanan rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transient voltage. Konduktor grounding (ground grid) dan batang grounding (ground rod) adalah bagian dari grounding yang berperan untuk menyalurkan arus dari satu bagian ke bagian lain, harus jenis penghantar yang baik, kuat secara mekanis dan dilindungi untuk menjaga kemungkinan gangguan mekanis yang dapat menyebabkan turunnya daya hantar ataupun terputus. Ground rod adalah penghantar yang ditanam dalam tanah dan sebagai kontak langsung dengan tanah. Aluminium merupakan konduktor listrik yang baik. Namun dalam banyak hal, kebanyakan digunakan pada kabel bertegangan tinggi. Konduktor pada grounding yang biasanya banyak dipakai adalah bahan tembaga, namun karena biaya untuk materiar tembaga cukup tinggi dan banyak terjadinya pencurian tembaga, diambil alumunium sebagai alternative pengganti karena memiliki sifat penghantar listrik yang baik dan harga yang lebih murah. Rumusan Masalah Penelitian ini membahas tentang: 1. Berapa tahanan tanah yang dihasilkan alumunium? 2. Berapa tegangan langkah yang dihasilkan alumunium? 3. Berapa tegangan sentuh yang dihasilkan oleh alumunium?

Transcript of KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

Page 1: KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

12 Vol 9 No. 2 Oktober 2014

KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

Galuh Renggani WilisDosen Prodi Teknik Mesin Universitas Pancasakti Tegal

AbstrakGrounding adalah sistem pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang

mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga, dari lonjakan listrik, petir, dll.Tujuan utama dari adanya pentanahan adalah menciptakan jalur yang low-impedance(tahanan rendah) terhadap permukaan bumi untuk gelombang listrik dan transientvoltage. Konduktor grounding (ground grid) dan batang grounding (ground rod)adalah bagian dari grounding yang berperan untuk menyalurkan arus dari satu bagianke bagian lain, harus jenis penghantar yang baik, kuat secara mekanis dandilindungi untuk menjaga kemungkinan gangguan mekanis yang dapatmenyebabkan turunnya daya hantar ataupun terputus. Ground rod adalahpenghantar yang ditanam dalam tanah dan sebagai kontak langsung dengantanah.Penelitian ini diawali dengan studi literature kemudian mengumpulkan data –data untuk menghitung luas material grounding. Perencanaan konduktor groundingmeliputi elektroda, jaringan, ground mat, system grounding. Pengukuran tahanangrounding membutuhkan tanah yang mempunyai nilai tahanan berharga nol. Denganrumus Schwarz,perhitungan arus maksimum, perhitungan ukuran konduktor, tahananjenis konduktor,didapat bahwa ukuran konduktor alumunium yang digunakan adalah95 mm2. Tahanan thermal 1,951 Ohm, tegangan langkah 69,1 volt dan tegangansentuh 243 volt. Kesimpulan yang diambil adalah alumunium dapat digunakansebagai bahan altenatif konduktor grounding pengganti tembaga.Kata kunci : konduktor, grounding, alumunium

PENDAHULUANGrounding adalah sistem pengamanan

terhadap perangkat-perangkat yangmempergunakan listrik sebagai sumbertenaga, dari lonjakan listrik, petir, dll.Tujuan utama dari adanya pentanahanadalah menciptakan jalur yang low-impedance (tahanan rendah) terhadappermukaan bumi untuk gelombang listrikdan transient voltage. Konduktorgrounding (ground grid) dan batanggrounding (ground rod) adalah bagian darigrounding yang berperan untukmenyalurkan arus dari satu bagian kebagian lain, harus jenis penghantar yangbaik, kuat secara mekanis dandilindungi untuk menjaga kemungkinangangguan mekanis yang dapatmenyebabkan turunnya daya hantarataupun terputus. Ground rod adalahpenghantar yang ditanam dalam tanah dansebagai kontak langsung dengan tanah.

Aluminium merupakan konduktorlistrik yang baik. Namun dalambanyak hal, kebanyakan digunakanpada kabel bertegangan tinggi.

Konduktor pada grounding yangbiasanya banyak dipakai adalah bahantembaga, namun karena biaya untukmateriar tembaga cukup tinggi dan banyakterjadinya pencurian tembaga, diambilalumunium sebagai alternative penggantikarena memiliki sifat penghantar listrikyang baik dan harga yang lebih murah.Rumusan MasalahPenelitian ini membahas tentang:1. Berapa tahanan tanah yang dihasilkan

alumunium?2. Berapa tegangan langkah yang

dihasilkan alumunium?3. Berapa tegangan sentuh yang

dihasilkan oleh alumunium?

Page 2: KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

Vol 9 No. 2 Oktober 2014 13

LANDASAN TEORIKonduktor adalah Semua bahan

yang dapat mengalirkan arus denganmudah, contohnya tembaga, aluminiumdll. Bahan konduktor yang digunakanuntuk saluran listrik dan kabel harusmempunyai rugi daya yang kecilketika dialiri arus yang besar (untukkabel yang mana rugi daya dantemperaturnya harus kecil).

Konduktifitas dan ResistifitasAda dua jenis resistifitas pada

konduktor, umumnya resistifitas volumebekerja ditentukan oleh arus yang mengalirdidalam bahan tersebut.

Resistifitas BahanResistifitas volume, atau

sederhananya adalah resistifitas (tahanan),dari suatu bahan adalah tahanan antara duapermukaan yang berbeda paralelpermukaan pada bagian bahan konduktoryang mempunyai panjang satu satuan (1m)dan luas permukaan (1m2). Resistifitasbahan dinyatakan dengan ρ, dengansatuan adalah Ωm. Tahanan konduktoradalah dinyatakan dengan R yaitu :

(1)

Dimana :R adalah tahanan dari bahan dalam Ohm(Ω)ρ adalah resistivitas bahan dalam ohm-mL adalah panjang dari penghantar dalam mA adalah luas penampang penghantar dalamm2

Konduktifitas BahanKonduktivitas dari bahan adalah suatu

sifat dari bahan yang dapat menghantarkanarus listrik. Konduktivitas dari bahanadalah konduktansi antar permukaanyang berlawanan dari bahan yangmempunyai satuan panjang (1m) dan luaspenampang (1m2). Konduktansi dinyatakandengan persamaan sebagai berikut :

(2)

Dimana Q adalah sebagai konduktivitasdari bahan akan berbanding terbalikdengan resistansi.Faktor yang mempengaruhi resistifitaspenghantar adalah temperature.Tahanan dari konduktor akan berubahsesuai perubahan temperature

Rt = Ro ( 1 + αot)Jika bahan sama pada temperatureberbeda :RT = Ro (1 + αoT)Substitusi :RT = Rt 1+ αt (T-t)At = αo / (1 + αot)

Tahanan pada toC adalah jumlahtahanan pada 0oC dan penambahandari tahanan =Rt = Ro + Xt +Ro + Roαot= Ro (1 + αot)

Tabel 1. Prosentase konduktifitasdari beberapa bahan

Sifat Bahan alumunium dancampurannya:a. Aldrey

Aldrey adalah nama yang paling dikenalpada campuran Al, yang mengandungSi (0.5 – 0.6%), Mg (0.4%), danFe (0.3%) yang dipisahkan dariMg Si. Kekuatan 2 mekanisnyasama dengan kekuatan mekanistembaga keras, sehingga biasanyadigunakan untuk saluran transmisidengan jarak pendek.

b. Campuran Al tahan panasCampuran Al tahan panas mempunyaisifat tahan terhadap panas. Campuran

Page 3: KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

14 Vol 9 No. 2 Oktober 2014

ini dapat digunakan pada temperatur150ºC dengan waktu yanglama. Campuran ini dapatmengalirkan daya 50% lebihbaik dibandingkan dengan kawataluminium keras sehingga campuranini sangat popular penggunaannya.

Grounding (Pentanahan)Pentanahan peralatan adalah

penghubungan bagian-bagian peralatanlistrik yang pada keadaan normal tidakdialiri arus. Tujuannya adalah untukmembatasi tegangan antara bagian-bagianperalatan yang tidak dialiri arus dan antarabagian-bagian ini dengan tanah sampaipada suatu harga yang aman untuksemua kondisi operasi baik kondisinormal maupun saat terjadi gangguan.Sistem pentanahan ini berguna untukmemperoleh potensial yang merata dalamsuatu bagian struktur dan peralatan sertauntuk memperoleh impedansi yang rendahsebagai jalan balik arus hubung singkat ketanah dengan batang- batang pentanahan(rods). Bila arus hubung singkat ke tanahdipaksakan mengalir melalui tanah dengantahanan yang tinggi akan menimbulkanperbedaan tegangan yang besar danberbahaya.

Secara prinsip, grounding untukkeselamatan kerja menuju ke dua hal :1. Mengalirkan arus ke tanah baik

dalam keadaan normal maupundalam kondisi gangguan tanpamelebihi batas operasi dankapasitas peralatan ataumenghindari gangguan terhadapkelangsungan kerja sistem. \

2. Menjamin keselamatan manusiaterhadap bahaya tegangan kejut padasekitar sistem grounding.

Pendekatan praktis memberikanperhatian khusus dan di utamakanpada dua sistemgrounding, yaitu :1. Grounding yang sengaja dibuat,

terdiri dari elektroda-elektroda

yang ditanam pada kedalamantertentu dalam tanah.

2. Grounding yang tidak disengaja,terjadi akibat seseorang yang beradadi sekitar daerah yang mempunyaigradien potensial dari fasilitas yangdiground.

Konsep UmumSistem pentanahan sebaiknya

diinstalasi dengan melihat bataspengaruh gradien potensial pentanahanseperti tingkat tegangan dan arusyang mana tidak membahayakankeselamatan manusia atau peralatan dibawah kondisi normal ataupungangguan, sebaiknya dapatmenjamin keselamatan secara terusmenerusa. Elektroda Pertanahan

Konduktor yang ditanam dalambumi dan digunakan sebagai jalanarus pentanahan atau arus disipasipentanahan.

b. Jaringan pentanahanSistem yang mana elektroda

pentanahan diletakkan secara horizontalyang terdiri dari sejumlahinterkoneksi, batang-batangkonduktor yang ditanam dalambumi, secara umum merupakanpenyediaan bagi peralatan-peralatanelektronik atas struktur yang terbuatdari metal, biasanya terdapat padalokasi tertentu.

c. Ground MatMerupakan plat yang terbuat dari metalatau sistem tertutup bagi konduktor-konduktor yang dihubungkan danditempatkan pada kedalaman yangtidak begitu dalam atau berada di atasjaringan tetapi berada didalam bumi,dengan tujuan untuk mendapatkanperlindungan ekstra untukmeminimasi bahaya timbulnyategangan sentuh atau langkahyang tinggi pada area operasiatau tempat-tempat yang sering adamanusianya. Jeruji-jeruji metal yang

Page 4: KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

Vol 9 No. 2 Oktober 2014 15

diketanahkan, ditempatkan diatas ataudibawah permukaan tanah atauditempatkan jaringan mesh secaralangsung dibawah lapisan batu, disebutjuga secara umun bentuk ground mat.

d. Sistem pentanahanSemua hal yang berkaitan dengan

interkoneksi pentanahan fasilitas padaarea tertentu. Pada sistem pentanahanada beberapa cara yang digunakan,namun yang paling sering digunakanpada system pentanahan garduinduk adalah kombinasi darijaringan konduktor mendatar denganpenanaman batang-batang pentanahansecara vertikal.

Pengukuran Tahanan Grounding( Pentanahan)

Pentanahan yang idealmembutuhkan tanah yang mempunyainilai tahanan berharaga nol. Besarnyapotensial yang muncul sesuai denganbesarnya arus gangguan ke tanah yangterjadi. Jika terjadi arus yangbesarmengalir , ini berarti nilaitahanan total sistem kecil. Padasebagian besar transmisi dan garduinduk yang besar, nilai tahananpentanahan sebaiknya kurang dari atausama dengan 1 ohm. Pada gardu indukyang lebih kecil dapat digunakan nilaitahanan dalam range 1-5 ohm , tergantungpada kondisi lokasi setempat.

Nilai Minimum Tahanan Pentanahan

(3)Dimana :R = Tahanan tanah dalam ΩΩ = tahanan jenis tanah(rata-rata) dalam ΩA = Luas area yang dipasang sistempentanahan dalam m2

Batas Tahanannya :

(4)

dimana L adalah panjang total konduktoryang ditanam kedalam tanah (dalam m).Kedua persamaan diatas sebaiknyadigunakan untuk sistem pentanahanyang ditanam pada kedalaman kurang dari0,25 m. Untuk lebih akuratnya perhitungandengan menambahkan kedalam penanamansistem , menggunakan rumus pendekatanyang diberikan oleh Sverak :

(5)

h adalah kedalaman system pentanahan.

Rumus SchwarzTahanan total sistem yang terdiri darijaringan sistem horizontal dan batngkonduktor yang ditanam secara vertikal :

(6)

Dimana :R1 = tahanan konduktor jaringanR2 = tahanan semua batang konduktorR12 = resistansi mutual antara batang-batang pentanahan dan konduktorjaringan pentanahan

(7)

(8)

Dimana :ρ1 = tahanan jenis tanah dimana jaringan

pentanahan ditanam pada kedalamanh (Ω- m)

ρa = tahanan jenis tanah pada batangpentanahan (Ω -m)

H = ketebalan bagian atas tanah (m)ρ2 = tahanan jenis tanah dibawah

kedalaman H (Ω-m)l1 = panjang total konduktor jaringan (m)l2 = panjang rata-rata batang pentanahan

(m)h = kedalaman penanaman batang (m)

Page 5: KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

16 Vol 9 No. 2 Oktober 2014

h’ = d1h untuk konduktor jaringanyang ditanam pada kedalamanh, atau 0,5d1 untuk konduktorjaringan pada permukaan h=0.

A = luas area yang dilingkupi olehjaringan pentanahan,axb

dalam m2n = jumlah batang-batang pentanahan

yang ada pada area AK1, K2 = konstanta yang

menghubuhngkan geometri sistem.d1 = diameter konduktor jaringand2 = diameter batang pentanahana = lebar jaringan dalam mb = panjang jaringan dalam m

Menentukan Arus maksimum padagrounding

(9)

Dimana :IG = arus maksimum jaring pentanahan(A)Df = decrement factor, untuk semuawaktu gangguan tfCp = corrective projection factor ,

untuk perluasan sistem, jikatidak ada kemungkinan perluasanmaka Cp = 1

Ig = nilai rms arus ke jaring-jaringSebagai pendekatan praktis untuk currentdivision factor dapat digunakan rumus :

(10)Prosedur mendisain jaring-jaring ataukisi -kisi sistem pentanahan menurutstandar IEEE terdapat langkah-langkahyang harus dilakukan agar standaryang telah ditentukan dapat dipenuhi.Pada blok diagram yangdiberikandibawah ini merupakan langkah-langkahpendisainan sistem pentanahan. Langkah –langkah tersebut adalah :1. Mengetahui kondisi tanah dan

berapa luas lokasi bangunan garduinduk tersebut, dengan melakukan

pengukuran tahanan jenis tanah sepertiyang telah ditentukan.

2. Untuk menentukan ukurankonduktor yang akan digunakanpada jaring-jaring menggunakanrumus sebagai berikut :

( (11)

Dimana :I = arus gangguan yang terjadi

(maksimum, kA)A = diameter konduktor (mm )Tm = suhu maksimum konduktor ( oC)

Tr = temperatur konstan material (o C)α = Koefisien temperatur tahanan pada

0 oCα r = koefisien temperatur tahanan

konduktor pada suhu Trρr = tahanan jenis konduktor pada

temperatur Tr (μΩ/cm )tc = waktu alir arus (lama gangguan) (s)

TCAP = faktor kapasiataspanaskonduktor (J/cm3 /o C)

( (12)

METODE PENELITIANPenelitian ini dilakukan melaluibeberapa tahap, antara lain :

1. Studi literature2. Observasi3. Pengumpulan data4. Perhitungan awal untuk

menentukan ukuran materialgrounding

5. Menghitung grounding area gardulistrik

6. Menghitung tahana jenis, tahananthermal, tegangan langkah,tegangan sentuh.

Page 6: KONDUKTOR ALUMUNIUM PADA SISTEM GROUNDING

Vol 9 No. 2 Oktober 2014 17

HASIL DAN PEMBAHASANPerhitungan Grounding Area GarduListrik dengan Material Alumunium 95mm2

Layout Konfigurasi Grid Area GarduListrik

KESIMPULANDari pembahasan didapatkan, penggunaanalumunium dengan luas 95mm2

menghasilkan :a. Tahanan Tanah 1,951 Ohmb. Tegangan Langkah 69,1 Voltc. Tegangan Sentuh 243 Volt

1. Hasil perhitungan menunjukkan bahwaalumunium dapat juga digunakan padasystem grounding dengan tahanantanah, tegangan langkah dan tegangansentuh yang relative sama padapenggunaan material tembaga padaumumnya. Hanya saja luasanpenggunaan alumunium sedikit lebihbesar dari tembaga untuk memperolehhasil yang sama.dengan data tahanantanah, tegangan langkah dan tegangansentuh, luasan tembaga lebih kecilyaitu sekitar 75% dari luasanalumunium.

SARANPenggunaan alumunium pada

system grounding dapat dijadikan materialalternative selain tembaga. Perlu dilakukananalisa biaya sebagai syarat

DAFTAR PUSTAKAArismunandar, A., dan Kuwarahara,S.,

Buku Pegangan Teknik TenagaListrik, Jilid II Gardu Induk,Pradnya Paramita, Jakarta, 1997.

Hutauruk, T.S., Pengetanahan NetralSistem Tenaga dan PengetanahanPeralatan, Erlangga, Jakarta, 1987.

Stevenson, W.D., dan Idris, K., AnalisisSistem Tenaga Listrik, Erlangga,Jakarta, 1996.

Pabla, A.S., and Hadi, A., SistemDistribusi Daya Listrik, Erlangga,Jakarta, 1996.

Dawalibi, F., and Mukhedhar, D., SoilEffects on Ground Fault Currents,IEEE Transactions on PowerApparatus and System, Vol. PAS-100, No. 7, 1981.

NPFA 70, National Electrical Code 2002Edition, An International ElectricalCode TM Series, 2002