Makalah Grounding

8/9/2019 Makalah Grounding

1/8

Keselamatan Terhadap Tegangan Lebih,Listrik Statisdan Tegangan Sisa

Hendra Fadholi Adi Prabowo1,

1Jalan Prof. H. Soedarto, S.H., Tembalang, Semarang Kode Pos 50275 Telp. (024) 746005, 7460055 !a". (024)

746055

[email protected]

!. P"#$AH%L%A#

Tegangan lebih didefinisikan sebagai ses&at& beda potensial'ang tidak diinginkan di sitem tenaga listrik diantara fasas&at& kond&ktor dengan b&mi ata& dengan kond&ktor fasa lainkarena memiliki nilai p&nak lebih tinggi daripada nilai

p&nak tegangan nominal sistem terseb&t.Tegangan lebih bisa dipi& dengan petir 'ang diseb&t faktor

#"sternalata& dengan per&bahan berlebihan 'ang disebabkan

per&bahan kondisi sistem seperti ( h&b&ng singkat ketanah,operasi swithing,pem&t&san peralatan besar,dll).Faktorini 'ang diseb&t faktor $nternal.Kelebihan beban internal disebabkan saat swithing adalahfenomena transien 'ang berlangs&ng beberapa mikrosekonata& lebih dengan getaran 'ang diredam pada frek&ensimereka 1** kH+.H&b&ng singkat ke tanah teradi pada sisi

primer dan sek&nder gard& ind&k mem&ngkinkanmen'ebabkan tegangan lebih sementara pada frek&ensi tenagadari d&rasi relatif lama pada orde wakt& sekon-sepertitegangan lebih sementara 'ang biasan'a tidak diredam ata&diredam dengan lemah.Tegangan lebih melebihi kemamp&an dielektrik dari isolasi

'ang melewati aringan 'ang telah terpasang sehinggakegagalan sebel&m wakt&n'a m&ngkin teradi dankonsek&ensin'a ar&s akan men'ebar diantara makl&k hid&pata& makl&k hid&p dan b&mi.Kalor m&ngkin menaikanker&sakan dan ker&sakan berlebihan pada isolasi,ika s&mberar&s listrik tidak terinter&psi dengan epat.Kelebihan tekanan tegangan,men'ebabkan baha'a padaseseorang dengan dipi& oleh api dan ledakan ata& bersamaanseara ter&s mener&s pada peralatan genting.sebagaitambahan,tegangan lebih disebebkan ker&sakan peralatanelektronik 'ang biasan'a disebabkan kek&atan dielektrikn'ak&rang.

!!. !S!

%. Tegangan &eb$' Sementara dan Keselamatan

H&b&ng singkat ke tanah teradi pada sisi primer gard&ind&k,men'&plai sistem distrib&si dioperasikan pada teganganmenengah dan tegangan tinggi mem&ngkinkan aliran ar&s

besar (kiloampere) pada sistem pemb&mian.!ntensitas h&b&ngsingkat ke tanah tergant&ng bagaimana netral dari bagian

primer sistem distrib&si dialankan.#etral didefinisikan titikberpotensial dari sistem ban'ak fasa 'ang ik&t di b&mikanmelewati impedansi dan resistensi.

Sisi tinggi dan rendah pada gard& ind&k,m&ngkin membagisistem pemb&mian 'ang sama dan pada kondisi keat&han

primer,tegangan rendah pada "P (e/sposed ond&ti0e part)ata& bagian besi 'ang diperbolehkan disent&h tersamb&ng ke

primer sehingga menadi berenergi.$&rasin'a men'ebabkankem&ngkian sent&han tegangan di sistem tegangan rendah,dirib&an 0olt meskip&n sementara m&ngkin berlebihan dan tidakaman &nt&k sistem tegangan rendah.Faktan'a rele teganganmenengah tinggi di pengisian dari proteksi sisi primerm&ngkin tert&nda &nt&k memfasilitasi koordinasi merekadengan peralatan lain.H&b&ng singkat tegangan tinggi akan men'ebabkan tekanan'ang berlebihan pada peralatan tegangan rendah karenamenat&hkan tegangan 'ang berlebihan melewati isolasi ketanah.Tekanan tegangan men'ebabkan kegagalan isolasi danmen'ebabkan h&b&ng singkat sebagai awal kebakaran.

. Tegangan &eb$' Sementara dan Keselamatan

$i sistem T#,sistem pemb&mian gard& ind&k akantersamb&ng bersama dengan tanki trafo,daerah "P dan"2P.Pada gambar 1 bagian rendah dan tinggi trafo membagi

pemb&mian sistem 'ang sama.Pada kas&s ini h&b&ng singkat ke tanah pada sistem tegangantinggi,sem&a benda 'ang bagiann'a terb&at dari metal menadi

berenergi disebabkan h&b&ngan mereka dengan sistempertanahan.Hal ini men&n&kan seseorang berbaha'a &nt&kmen'ent&h tegangan ika sedang tersamb&ng ke peralatantegangan rendah.

3ambar 1. Pemb&mian sistem T#


2/8

%nt&k menamin keselamatan,besarn'a dan d&rasi sent&hantegangan 4T har&s memen&hi persamaan berik&t

43 5 6# !37 4T

$imana !3 adalah ar&s pemb&mian 'ang disebabkan teganganh&b&ng singkat dan 4T adalah nilai maksim&m 'angdii+inkan &nt&k disent&h sebagai f&ngsi dari tegangan d&rasih&b&ng singkat 'ang dit&n&kan pada k&r0a 18.8,ses&ai !"9*:9;


3/8

TA>"L !#!LA! $%6AS! LB4BLTA3"CA#3$!P"6>BL"HKA#

3ambar . Kond&ktor #etral di gro&nding sendiri pada sistem TT

. H*b*ng S$ng+at Tegangan T$ngg$ pada S$stem -T

$i sistem !T s&mber tenaga,adalah sisi sek&nder dari trafopen'&plai diisolasi ke b&mi,ketika "P har&s di gro&ndingsendiri dari s&mber sendiri,dalam gr&p ata& kolektif.Trafo bisamenadi s&mber dari at&hn'a tegangan primer.danmen'ebabkan pagarn'a har&s di gro&nding &nt&k menamin

alan kembali dari ar&s 'ang at&h ketanah."P sistemtegangan rendah diiinkan &nt&k tersamb&ng ke sistem

pemb&mian pada gambar 9,men&n&kan hasil tegangan sent&h4t telah aman di wakt& 'ang tepat dengan grafik pada gambar8.

gambar 9.H&b&ng singkat tegangan tinggi antara peralatan tegangan tinggidan rendah pada sistem pemb&mian 'ang sama

3ambar D.H&b&ng singkat tegangan rendah antara peralatan tegangan tinggidan rendah pada sistem pemb&mian 'ang sama

Pada sistem terseb&t,kond&ktor proteksi P" memilikipotensial sama diantara elektrodan'a sendiri dan teganganrendah "P.!ni memperbolehkan perbedaan potensial 4s1 dan4s8 melewati isolasi tegangan rendah biasa asalkan tidakmelebihi 4ph,dan tidak ada tekanan tegangan tambahan 'angmenat&hkan.

$ikarenakan h&b&ng singkat ke tanah resitansi 'ang diabaikandi sistem tegangan rendah pada gambar D,mereka men'ebakanteganagan diantara tiap fasa 'ang sehat dan b&mi naik menadi

potensial sal&ran ke sal&ran (misal ;** 4 melawan 8:*4).Kondisi ini m&ngkin menat&hakan tekanan 'ang

berlebihan ke isolasi biasa dari peralatan tegangan rendah,ter&tama pada beban sat& fasa,'ang tidak bisa menahantegangan fasa ke fasa.Sebagaimana tegangan tinggi 'ang terh&b&ng singkat ketanah,ika tegangan sent&h 4t tidak aman pada wakt& 'angtepat seperti grafik pada gambar 8,"P dari peralatantegangan rendah har&s di gro&nding melal&i elektroda sendiri

3ambar E.H&b&ng singkat Teganga tinggi pada sitem !T dengan pemb&mianmasing


4/8

3ambar .H&b&ng singkat Tegangan tinggi dan rendah pada sitem !T denganpemb&mian masingreakdown di &dara dan awal lepasn'a

m&atan kem&dian teradi.Lepasn'a m&atan memb&at al&rkond&ktif sehingga m&atan dapat t&r&n ke tanah ika m&atanmenadi kond&ktor.=al&r akan berhenti pada s&at& titik ketikakek&atan dielektrik &dara sama dengan medan listrik 'angdisebabkan m&atan,Semakin ban'ak m&atan 'ang berkelilingdi awan semakain meng&atkan medan,semakin tidak setaradan m&atan bar& mas&k.=adi,al&r kond&ksi teradi di al&r +ig+ag men&& b&mi.termas&k langkah pelepasan disebabkanketidak seragaman &dara 'ang disebabkan 0ariasi 'ang tepatwakt& dari parametern'a,seperti massa enis,kelebaban dll.

&atan dari awan memproses men&& b&mi sebesar nilaim&atan,tetapi tanda 'ang berlawanan.edan listrik meningkatdan naik searah lepasn'a m&atan dari tanah ata& str&kt&r padatempat 'ang men'ebabkan penggant&ngan diantara kenaikandan pen&r&nan al&r .Serangan kembali ini men'ebabkansirk&lasi dari intensitas tinggi (rat&san ampere) lonatan ar&s

petir ke tanah.Seperti karakter ar&s dengan kenaikan epat kep&nak(dalam wakt& mili sekon),penghan&ran searaperlahan sebesar frek&ensi tinggi(KH+).

!. Kara+ter$st$+ S$stem Pemb*m$an Kond$s$ -mp*ls

Sistem pemb&mian 'ang &nt&k keamanan pen'erapan ar&s keke tanah pada frek&ensi sistem tenaga &ga dipakai &nt&kmeng&rangi &nt&k memb&mikan ar&s petir."lektroda

pemb&mian tersamb&ng ke kond&ktor ke bawah ke sistemproteksi petir ata& LPS seperti tiang 'ang terpasang di atapbang&nan.Sistem pemb&mian sirk&lasi ar&s frek&ensi tinggi tidakmemiliki ga'a 'ang sama sebagaimana 'ang diamati pada babsebel&mn'a pada h&b&ng singkat anara frek&ensi

aringan.Faktan'a "lektroda b&mi tidak bisa dias&msikansebagai hambatan m&rni pada ar&s p&lsa imp&ls karenaind&ktansi pada bagian metal tidak bisa dilalaikan."lektroda

b&mi har&s di modelkan sebagai rangkaian o'm$/$nd*t$e p$dan akan memakai istilah impedansi b&mi termas&k resistansi

b&mi.%nt&k mengklarisifikasi dig&nakan konsep seb&ah kabelelektroda hori+ontal terk&b&r.

3ambar 1* 6angkaian ek&i0alen frek&ensi tagangan tinggi

L,6g dan 2L adalah hasil 'ang dit&n&kan olehind&ktansi,hambatan b&mi dan reaktansi ind&ktif per sat&an

panang kawat.Tegangan t&r&n 'ang melewati 2L adalah ar&sp&lsa 'ang men'ebabkan potensial b&kan nol pada sepanangkawat,'ang menadi persamaan potensial 'ang tidaklama.Kebiasaan ini men'ebabkan d&a "P terh&b&ng keelektroda gro&nding 'ang sama nam&n di d&a tempat berbeda'ang men'ebabkan beda potensial 'ang berbaha'a &nt&kman&sia.

Ar&s k&at di tanah men'ebabkan hambatanberk&rang,kehampaan di tanah diperpendek oleh intensitasmedan listrik.Sehingga saat imp&ls petir,resistansi b&mi darielektroda berk&rang.Sebalikn'a,frek&ensi tinggi ar&smen'ebabkan reaktansi #aik.=adi,!mpedansi b&mi adalahhasil dari ked&a kombinasi 'ang berlawanan.


5/8

1. -nd*+s$ Tegangan &eb$'

Ar&s petir mengalir ke b&mi melewati kond&ktor 'angtersamb&ng dari LPS ke elektroda tanah dari

bang&nan.Sebagaimana diketah&i,sirk&lasi ar&s di kond&ktormemb&at medan magnet.=ika medan dalam 0ariasi

wakt&,tegangan lebih akan mengind&ksi besi di daerahbang&nan.Kond&ktor ke bawah dan besi 'ang 0ertikal seperti"P,rangakian Sistem tenaga,dan telekom&nikasi dll bisamembent&k perp&taran(loop) pada besi.

3ambar 11.Loop tert&t&p 'ang terbent&k dari d&a kond&ktor berdekatan!nd&ksi tegangan lebih bisa dit&n&kan dengan r&m&s berik&t

$engan referensi gambar 11, l adalah panang 0ertikal daripanang pipa gas alam dari titik pen'amb&ngan ke gro&nd("4)-! adalah ar&s petir,Li adalah ind&ktansi di &dara dari

p&taran per sat&an panang,dengan r&m&s Li

$imana Io adalah permibilitas dari &dara,r adalah ari


6/8

meledak gas (L"L) dan batas atas meledak gas (%"L).Padakonsentrasi &dara %"L,amp&ran &dara dan material 'angm&dah terbakar sangat b&r&k di oksigen &nt&k mem&lai

pembakaran,pada konsentrasi dibawah L"L,tidak &k&p &nt&kmaterial &nt&k terbakar.%dara m&dah terbakar bisa hadir diarea normal seperti kebooran tanki.."nergi 'ang tersimpan di elektrostatik dan &k&p &nt&kmelepas energi pemi& minim&m ("mie) dari lapisan &dara'ang m&dah terbakar,dalam orde mili o&le.$eb&memb&t&hkan energi 'ang lebih besar daripada gas dan &apair.

Sem&a elemen terseb&t bisa dit&n&kan pada Fire Tetrahedronpada gambar 18Sebel&m &r&tan ke : dit&n&kan sebagai lengan bahan bakardari tetrahedron.Pada point 1,8,dan adalah lengan heat.$an

point ; saat &dara optim&m terbakar adalah lengan 6eaksikimia.6esiko ledakan api bisa dihilangkan ika salah sat&lengan dihilangkan.6esiko tambahan dit&n&kan oleh obek berm&atan 'ang

berar&s imp&ls bisa men'ebabkan aliran melewati man&siaika disent&h dan m&atann'a t&r&n ke tanah.Ar&s ini&m&mn'a dibawah batas baha'a.Tetapi pada beberapa kas&sdapat memberi sensasi ke&t dan bisa men'ebabkan ke&tandan at&h

3ambar 18. Fire tetrahedron$ari beberapa alasan penting &nt&k memindahkan formasidari m&atan statis har&s di&bah pada desain installasi &nt&kmenamin keselamatan seseorang dan &nt&k meng&rangiker&gian ekonomi.Pada materi selan&tn'a kita akan melihat

pen'ebab pembangkitan dan ak&m&lasi m&atan dan renanamitigasi 'ang mem&ngkinkan.

. Pembang+$tan &$str$+ Stat$s

Pen'ebab pembangkitan medan statis adalah gesekan diantarameterial 'ang berbeda.>aik padat ma&p&n air.3erakan relatifdari ked&a material memb&at kontak dan berik&tn'a

pemisahan bisa teradi transfer elektron dari ked&aperm&kaan.=ika ked&a ata& salah sat& material adalahisolator,ketika terpisah ,beberapa elektron tidak bisa kembalike lokasi asli karena mereka mengangkat hambatan.Sehinggaelektron melawan bagian di atom 'ait& proton.Sehinggakel&ar dalam kondisi tidak netral.$iantara faktor lain sepertikarakteristik material,l&as bagian 'ang

bergesekan,dll,keepatan pemisahan dari bagian 'angbergesekan memegang peranan penting dalam besarn'aelektrifiation.Sebagai ontoh,airan 'ang melewati pipa dan memen&hitanki.>erdasarkan perm&kaan pipa pen'al&r meningkat

menadi m&atan positif ketika ion negatif berada di bagiandalam.Pada sitem ini menadi netral tetapi ketika airanmeninggalkan pipa m&atan negatif terbawa kel&ar bersamaairan."fekn'a faktan'a menonolkan airan menadiresistansi tinggi(rat&san megaohm) karena m&atan s&lit

bergerak melewatin'a.&atan negatif airan akanmengelektrifikasi tanki 'ang menamp&ngn'a.

3ambar 1:. Pengisian m&atan pada Tanki saat pengisian airSirk&lasi airan dengan pergerakan m&atan memb&at sal&ran

ar&s.=ika karakter airan dengan debit (m:s),dan masa enisd(kgm:) dan massa enis m&atan M(kg) hasiln'a sal&ranar&s akan memiliki besaran 'ang dit&n&kan dalam ampereI=Fd

!ni penting &nt&k tekanan 'ang dit&n&kan gambar 1: padabeberapa obek memiliki Kapasitansi dan resistansi ketanah.Kapasitansi ke tanah dapat men'impan m&atan statissampai proses elektrifikasi berakhir,dan melepaskanenergi(misaln'a disent&h seseorang)

. #nerg$ Stat$s *atan

Ak&m&lasi dari energi statis 'ang berlebih pada s&at& benda

'ang men'impan m&atan N,selama wakt& tO ,sehingga proseselektrifikasi bisa dianalisa dengan pengamatan aliran ar&s !5NtO.Salah sat& pen'impan m&atan,potensial b&mi 4(t) naik,dan

bertepatan dengan tegangan 'ang men'ebabkan kapasitorterisi.%nt&k menghit&ng potensial b&mi seperti pada gambar1:.Pengisial ar&s ! mengalir ke tanah dibagi dalam dan 6'ang memakai h&k&m kirhof pertama

Ketika !(t) dan !6 (t) men&n&kan ar&s 'ang men&&

kapasitansi b&mi dan ar&s 'ang melewati resistansi tangki'ang mengalir ke b&mi.$engan mengas&msikan kondisi awal benda tidak berm&atan(4(*)5*)-sehingga 4(t) dengan persamaan diferensial

Hasil dari 6 dalam bent&k wakt& dan didefinisak sebagaikonstanta wakt& dari proses pengisian m&atan.Konstantawakt& adalah wakt& tegangan di b&mi menapai 9:,8 darinilai akhir (misal hasil 6!).%nt&k memperelas konsep mari


7/8

kita menge0al&asi potensial tanah ika diketah&i pada r&m&s4(t)-t5n6 dan n5*erlak& sama saat resiko perikan

m&atan hilang ata& berk&rang sem&a.$alam pemb&mian 'ang terh&b&ng dengan bagian sepertimetal ke tanah bisa men'erap m&atan statis,menegahak&m&lasin'a.Koneksi ke tanah har&s memiliki resistansirendah agar energi terak&m&lasi lebih rendah dari nilai pemi&"mie dari lapisan &dara 'ang m&dah terbakar.Kita dapatmeng&k&r nilai 6 'ang diperbolehkan TOQ:6, nilaieksponen dapat diabaikan dan men'elesaikan persamaandibawah ini &nt&k 6.=adi kita mendapat pertidaksamaan

isaln'a &nt&k menghit&ng >esarn'a 6 'ang aman &nt&k

gro&nding 'ang kapasitansin'a 5 1**nF,Ar&s * IA, dan"nergi Pi& minim&m lapisan &dara 'ang m&dah terbakar"mie 51* m=.$idapatkan

%nt&k m&atan statis meskip&n nilai hambatan tanah tinggitetap &k&p &nt&k ak&m&lasi 'ang berbaha'a.Standar 'angdian&rkan hambatan ke tanah adalah tidak lebih dari 1 ohm.Persamaan 'ang sama antara kond&ktor dan pemb&mianmemakai kel&aran m&atan 'ang han'a membawa ar&s dalam

orde mili ampere,Sehingga tidak ada persoalan tentangkemamp&an membawa ar&s.Kek&atan mekanik dari kond&ktorhar&s dapat menamin dengan l&as minim&m adalah ; mm

persegi,ika al&mni&m dan 8,mm persegi &nt&k tembaga.Tidak penting &nt&k mengatakan tentang listrik statis &nt&kdib&mikan dengan metal 'ang terisolasi dari tanah,ata&resistansi ke tanah lebih besar 1ohm.Faktan'a samb&nganke gro&nding dari beberapa besi lain menadi sat&, memb&atmereka mengirim potensial 'ang dihasilkan peralatan 'angterh&b&ng singkat.

#. Tegangan S$sa

Tegangan sisa adalah potensial 'ang disebabkan m&atan statis'ang terak&m&lasi di kapasitor diantara peralatan saat

beroperasi normal.Tegangan Sisa tetap bertahan saat s&mberdimatikan hingga beram


8/8

Sampai teradi kontak langs&ng dengan sat& ata& lebihsamb&ngan dari kapasitor,proses pelepasan m&atan akandiawali dan potensial akan berk&rang dengan h&k&meksponensial.Potensial akan mempengar&hi sirk&lasi ar&simp&ls ke t&b&h man&sia dalam wakt& milisekon.=ika kitamengas&msikan Hambatan t&b&h 6>,dalam ar&s dalam

bent&k f&nsi wakt&,bisa memakai h&k&m ohm

$imana R men&n&kan konstanta wakt& proses pelepasanm&atan.

#ilai r.m.s dari pelepasan ar&s dapat dihit&ng dengan

Kita dapat mengas&msikan ar&s imp&ls akan mengirim hampirsel&r&h energi statis di kapasitor pada periode : R.Pada wakt&terseb&t ar&s akan berada pada dari nilai awal padagambar 1;.

3ambar 1. K&r0a i(t)"nergi "6 melepas selama proses pelepasan dan berk&rang

pada t&b&h man&sia ini adalah k&alitas 'ang dit&n&kan darikem&ngkinan fibrilasi ant&ng."6 dapat dit&n&kan sebagai

enadi ,

Sisi kiri persamaan diatas adalah integral o&le dit&n&kansebagai ar&s imp&ls pelepasan.!ntegral =o&le bisa men&n&kan

resiko Fibrilasi ant&ng di kas&s pemb&kaan pelepasan m&atankapasitor,ata& &nt&k imp&ls ar&s tidak langs&ng dalam wakt&singkat.Persamaan diatas bisa menge0al&asi integral o&le,'ang har&slebih rendah seperti 'ang telah dipertimbangkan &nt&kmen'ebabkan fibrilasi ant&ng.K&r0a ar&s t&b&h man&sia'ang men&n&kan kem&ngkinan fibrilasi ant&ng 'ang dalamkas&s ini ar&s imp&ls,telah meng&raikan dari tangan kiri ke

langkah kaki.K&r0a ini men&n&kan +ona ar&s terhadap wakt&'ang berbaha'a pada man&sia seperti gambar 1.Sem&a bagian(T,!>rms) dibawah k&r0a A tidakmen'ebabkan fibrilasi ant&ng-diantara k&0a A dan resikofibrilasi ant&ng naik menadi * dan melebihi k&r0a resiko Fibrilasi #aik lebih dari *.%nt&k meng&rangi resiko kematian,resistor dih&b&ngkan

pararel dengan kapasitor 'ang tertanam dalam benda.Sehinggaenergi statis dapat mengalir pada wakt& tertent& dan nilai

baha'a dalam standart t&gas lebih keil sebel&mperawatan.Sebagai ontoh !" 9*:: 5 1k ohm dan d&rasikontak selama : R5:ms.Sol&si. Awal energi 'ang tersimpan dalam kapasitor

#ilai ar&s imp&ls p&nak

dapat dihit&ng nilai ar&s rms 'ang melewati t&b&h

$ari r&m&s 1:.11 dapat dihit&ng integral o&le

Hasil perhit&ngan ar&s t&b&h ;***mA,berlan&t sampai : msmen'ebabkan fibrilasi ant&ng dengan kem&ngkinan lebih

besar * sebagaimana dit&n&kan grafik 1.

6"F"6"#S!1 itolo,assimo.#letr$al Safet3 for &o oltage./gra '$ll$tal3

Makalah Grounding

Documents

Transcript of Makalah Grounding