SISTEM DISTRIBUSI DAYA LISTRIK

“PENTANAHAN”

OLEH :

AHMAD (102504014)

ABDUL HABI

ARIFUDDIN

DARMAN M

JURUSAN PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS NEGERI MAKASSAR

2012/2013

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah swt. karena atas berkah dan

rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan penyusunan makalah Distribusi Daya Listrik

yang berjudul “Pentanahan”. Dalam makalah ini dibahas mengenai Sistem pentanahan

pada saluran distribusi.

Kami menyadari sepenuhnya bahwa dalam makalah ini masih terdapat

kekurangan, untuk itu kritik dan saran yang sifatnya membangun sangat kami harapkan

demi kesempurnaan makalah selanjutnya. Semoga makalah ini dapat bermanfaat bagi

para pembaca.

Untuk itu kami ucapkan banyak terimakasih.

Makassar, September 2012

Punyusun

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR...................................................................................................... i

DAFTAR ISI..................................................................................................................... ii

BAB I PENDAHULUAN................................................................................................. 1

BAB II PEMBAHASAN.................................................................................................. 2

A. SISTEM PENTANAHAN................................................................................... 2

B. TANAH DAN PENGAMANAN......................................................................... 2

C. SIFAT-SIFAT DARI SEBUAH SISTEM ELEKTRODA TANAH................... 5

D. TAHANAN JENIS TANAH............................................................................... 10

E. UKURAN-UKURAN PENGHANTAR TANAH............................................... 11

F. PERENCANAAN ELEKTRODA PENTANAHAN........................................... 15

DAFTAR PUSTAKA....................................................................................................... 17

BAB I

PENDAHULUAN

Sistem pentanahan pada jaringan distribusi digunakan sebagai pengaman

langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran

arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi.

Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana

gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem pentanahan.

Sistem pentanahan adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan

distribusi yang langsung rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan

peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi,

terhambatlah atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat

pengaman tersebut.

Secara umum tujuan dari sistem pentanahan dan grounding pengaman adalah

sebagai berikut :

1. Mencegah terjadinya perbedaan potensial antara bagian tertentu dari

instalasi secara aman.

2. Mengalirkan arus gangguan ke tanah sehingga aman bagi manusia dan

peralatan. Mencegah timbul bahaya sentuh tidak langsung yang

menyebabkan tegangan kejut.

BAB I

PEMBAHASAN

A. SISTEM PENTANAHAN

Salah satu faktor kunci dalam setiap usaha pengamanan ( perlindungan )

rangkaian listrik adalah pentahanan. Apabila suatu tindakan pengamanan/perlindungan

yang baik akan dilaksanakan, maka harus ada system pentanahan yang dirancanakan

dengan benar. Prinsip-prinsip/ standar pentanahan yang biasa digunakan, telah banyak

tertulis dalam laporan-laporan berbagai organisasi nasional yang berkaitan [1,2,3,4,9].

Agar sistem pentanahan dapat bekerja secara efektif, harus memenuhi

persyaratan sebagai berikut :

1. Membuat jalur impedansi rendah ketanah untuk pengamanan

personil dan peralatan menggunakan rangkaian yang efektif.

2. Dapat melawan dan menyebarkan gangguan berulang dan

arus akibat surja hubung (surge current)

3. Menggunakan bahan tahan terhadap korosi terhadap berbagai

kondisi kimiawi tanah. Untuk meyakinkan kontiniutas

penampilan sepanjang umur peralatan yang dilindungi.

4. Menggunakan sistem mekanik yang kuat namun mudah

dalam pelayanannya.

Beberapa patokan/standar yang telah disepakati adalah bahwa saluran

transmisi substasion harus direncanakan sedemikian rupa, sehingga tahanan

pentanahan tidak melebihi 1 Ohm. Dalam sustasion-substasion distribusi,

haraga tahanan maksimumyang telah diperbolehkan adalah 5 Ohm. Dalam

substansion-substansion (66 kV atau lebih), system kisi tanam untuk suatu

substansion akan memberikan tahanan pentanahan yang diinginkan (Std IEEE

80-1976 mengatur masalah pengamanan personil dan tegangan 33 kV atau

lebih rendah, biasa digunakan dengan batang pasak. Dari segi besarnya harga

tahanan, bahan yang dipakai tidak mengurangi penyebaran akibat surja hubung

yang efektif. Bahan pentanahan dimaksud arus-arus gangguan yang lebih

tinggi. Pasak-pasak, adalah batang-batang sederhana, sebaliknya dapat

memberikan inpedansi surja yang dapat berharga sekitar separohharga tahanan

tanahn frekuensi rendahanya. Hal inilah penyebab jatuhnya tahan tanah dalam

gradient teganagn yang tinggi pada permukaan pasak sebagai akibat dari sifat-

sifat ini, maka pasak harus ditempatkan didekat atau sekitar bangunan stasion.

Pasak-pasak tentu saja dibutuhkan dalam saluran-saluran teganagan tinggi

(132 kV, 66 kV) di mana tahanan maksimal 15 Ohm masih dapat diterima, dan

dalam saluran-saluran distribusi (33-0,4 kV) di mana dipilih tahanan 25 Ohm.

Parameter-parameter ini umumnya dapat dipenuhi dengan pemakaian

teori-teori dasar pentanahan secara benar. Namum, selalu timbul keadaan-

keadaan, yang akan menyulitkan dalam memperoleh tahanan pentanahan yang

diinginkan. Apabila timbul keadaan demikian dapat digunakan beberapa

metode untuk menurungkan harga tahanan pentanahan, antara lain system-

sistem batang parallel, system pasak tanam dalam dengan beberapa pasak, dan

perlakuan terhadap kondisi kimiawi tanah. Metode-metode laian juga banyak

diperkenalkan, yaitu pelat tanam, penghantar tanam, dan beton kerangka baja

secara listrik terhubung. Sejenis tanah liat yang dikenal sebagai bentonite,

karena kemampuannya menyerap dan menahan air, dapat digunakan untuk

mengurangi tahanan tanah didaerah di mana tahanan tanah tinggi, dalam orde

300 Ohm-meter atau lebih

B. TANAH DAN PENGAMANAN

Bagian dari sistem hubungan pentanahan, yaitu tanah itu sendiri . bidang kontak

antara tanah dengan pasak harus cukup luas, sehingga harga tahanan tanah dengan

pasak harus cukup luas, sehingga harga tahanan dari jalur arus masuk atau melewati

tanah masih dalam batas – batas yang diperkenankan untuk penggunaan –penggunaan

tertentu. Tahanan dari jalur tanah ini relative rendah dan kurang lebih tetap sepanjang

tahun . untuk memahami mengapa tahanan tanah harus rendah , digunakan hokum

Ohm, yaitu E = I x R (dimana E adalah tegangan dalam volt, I adalah arus dalam

ampere, dan R adalah tahanan dalam ohm ).

Sebagai contoh, ada tegangan sumber 415 volt (240 volt terhadap tanah) dengan

tahanan 4ohm. Sekarang, misalkan ada gangguan/kekeliriuan, sehingga kabel dari

sumber yang mencatu motor listrik menyentuh badan motor. Hal ini berarti kabel

tersebut menghubungkan ke system pentanahan yang mempunyai tahanan 20 ohm ke

tanah (lihat Gambar 1.1 ). Menurut hokum Ohm, aka nada arus sebesar 10 Ampere

mengalir melewati badan motor ke tanah. Apabila seseorang menyentuh badan motor,

maka dia akan menerima tegnagn sebesar 200 volt (yaitu 20 Ohm kali 10 Ampere).

Hal ini dapat berakibat patal, tergantung pada tahanan orang tersebut, yang berpariasi

dengan tegangan yang disentuhnya. Hubungan tahanan listrik badan manusia (dewasa

Tabel 1.1

Sumber 415 Volt240 Volt terhadap tanah

Gambar 1.1 Gangguan yang tinggi pada tanah

dengan kulit kering) dengan tegangan adalah titik linear dan untuk arus searah atau

frekuensi sampai 100 Heartz, dapat dilihat pada tablel 1.1.

Besaran arus lewat badan , maksimum 10 mA untuk pria dan 8 mA untuk wanita,

adalah besaran-besaran yang telah ditetapkan sebagai patokan. Aru 100 mA atau lebih

dinyatakan sebagai fatal.publikasi IEC 479 “ Pengaruh-pengaruh arus yang melewati

badan manusia ” memuat grafik (gambar 1.2) yang memperlihatkan daerah-daerah

bahaya yang diakibatkan sentuhan terhadap sumber arus bolak-balik 50/60 Hz oleh

orang dewasa. Apabila arus yang melewati badan manusia dapat dibatasi dalm besaran

dn waktu seperti pada derah-daerah satu, dua, dan tiga, maka bahaya mati oleh

sengatan listrik dalam keadaan normal akan dapat dihindari. Namun dalam beberapa

hal, intensitas kejutan dapat berakibat orang terjatuhh/terlempar, yang dapat

menyebabkan cedera. IEC 364 memberikan batas waktu maksimum pemutusan

hubungan terhadap sentuhan dengan tegangan, seperti terlihat pada Tabel 1.2.

CUR Arus mA (EFF./r.m.s).s.)

Gambar 1.2 Pengaruhg akibat arus melewati beban manusia : Daerah-daerah 1,2, dan 3 : bahaya mati oleh sengatanlistrik praktis terhindar. Daerah-daerah 4 dan 5 : bahaya mati oleh

sengatan listrik.

Tabel 1.2

Tegangan waktu maksimum sentuhan tegangan

Tegangan yang mungkin tersentuh (V)

Waktu maksimumPemutusan hubungan (detik)

<50 ∞50 575 190 0.5110 0.2150 0.1220 0.05280 0.3

C. SIFAT-SIFAT DARI SEBUAH ELEKTRODA TANAH

Hambatan arus melewati sistemm elektroda tanah mempunyai tiga

komponen, yaitu :

a. Tahanan pasaknya sendiri dan sambungan-sambungannya.

b. Tahanan kontak antara pasakdengan tanah sekitar.

c. Tahanan tanah di sekelilingnya.

Pasak-pasak tanah, batang-batang logam, struktur dan peralatan lain biasa

digunakan untuk elektroda tanah. Elektroda-elektroda ini umumnya besar dan

penampannya sedemikian, sehingga tahanannya dapat diabaikan terhadap

tahanan keseluruhan system pentanahan.

Gambar 1.3 Komponen-komponen tahanan elektroda tanah

Pasak dengan tahanan seragam yang ditanam ke tanah akan

menghantarkan arus ke semua jurusan. Marilah kita tinjau suatu elektroda

(pasak) yang ditanam di tanah yang terdiri atas laposan-lapisan tanah dengan

kekebalan yang sama (gambar 1.3).

Lapisan tanah terdekat dengan pasak dengan sendirinya memiliki permukaan paling sempit, sehingga memberikan tahanan terbesar. Lapisan berikutnya karena lebih luas, memberikan tahanan yang lebih kecil. Dari ke 3 komponen “tahanan” tahanan tanah merupakan besarang yang paling kritis dan saling sulit dihitung ataupun diatasi.

Pengaruh ukuran pasak terhadap tahanan

Apabila pasak ditanam lebih dalam ketanah maka tahanan akan berkurang. Secara umum dapat dikatakan, dua kali lipat lebih dalam tahanan berkurang 40% (gambar 1.4a). Namum, bertambahnya diameter pasak secara material tidak akan mengurangi tahanan. Dua kali lipat diameternya misalnya, hanya mengurangi besarnya tahanan kurang dari 10%.

Pengaruh tahanan tanah terhadap tahanan elektroda

Rumus Dwight menunjukkan, bahwa tahanan elektroda pentanahan ke tanah tidak hanya tergantung pada kedalaman dan luas permukaan elektroda, tetapi juga pada tahanan tanah. Karena tahanan tanah berkaitan langsung dengan kandungan air, maka dapat saja diasumsikan bahwa tahanan pentanahan suatu system akan berubah sesuai perubahan tiap tahunnya. Variasi-variasi tersebut dapat dilihat pada Gambar 1.4.c.

Gambar 1.4 Variasi-variasi tahanan tanah : (a) terhadap kedalaman; (b) terhadap garis tengahPasak ; (c) terhadap iklim.

D. TAHANAN JENIS TANAH

Faktor keseimbangan antara tahanan pengetanahan dan kapasitansi di

sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah (ρ). Harga tahanan jenis tanah pada daerah

kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi

tahanan jenis tanah yaitu:

1. Pengaruh Keadaan Struktur Tanah

Kesulitan yang biasa dijumpai dalam mengukur tahanan jenis tanah adalah bahwa

dalam kenyataannya komposisi tanah tidaklah homogen pada seluruh volume

tanah, dapat bervariasi secara vertikal maupun horizontal, sehingga pada lapisan

tertentu mungkin terdapat dua atau lebih jenis tanah dengan tahanan jenis yang

berbeda, oleh karena itu tahanan jenis tanah tidak dapat diberikan sebagai suatu

nilai yang tetap. Untuk memperoleh harga sebenarnya dari tahanan jenis tanah,

harus dilakukan pengukuran langsung ditempat dengan memperbanyak titik

pengukuran. Tabel 1.3 memperlihatkan tahana jenis tanah.

Tabel 1.3 Tahanan Jenis Tanah

Jenis TahanTanahRawa

TanahLiat danLadang

PasirBasah

KerikilBasah

PasirKerikilKering

TanahBerbatu

Tahanan

jenis tanah 30 100 200 500 1000 3000

2. Pengaruh Unsur Kimia

Kandungan zat-zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun

anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula. Didaerah yang

mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis tanah

yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada

daerah yang demikian ini untuk memperoleh pentanahan yang efektif yaitu dengan

menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih

terdapat.

Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah yang lebih rendah, sering dicoba dengan

mengubah komposisi kimia tanah dengan memberikan garam pada tanah dekat

elektroda pembumian ditanam. Cara ini hanya baik untuk sementara sebab proses

penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya 6 (enam) bulan sekali.

3. Pengaruh Iklim

Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim,

pembumian dapat dilakukan dengan menanam elektroda pembumian sampai

mencapai kedalaman dimana terdapat air tanah yang konstan. Kadangkala

pembenaman elektroda pembumian memungkinkan kelembaban dan temperatur

bervariasi sehingga harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang

paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin.

Proses mengalirnya arus listrik di dalam tanah sebagian besar akibat dari proses

elektrolisa, oleh karena itu air di dalam tanah akan mempengaruhi

konduktivitas atau daya hantar listrik dalam tanah tersebut. Dengan demikian

tahanan jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya konsentrasi air

tanah atau kelembaban tanah, maka konduktivitas daripada tanah akan semakin

besar sehingga tahanan tanah semakin kecil.

4. Pengaruh Temperatur Tanah

Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya

tahanan jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperatur di

bawah titik beku air (0°C), dibawah harga ini penurunan temperatur yang

sedikit saja akan menyebabkan kanaikan harga tahanan jenis tanah dengan

cepat. Gejala di atas dapat dijelaskan sebagai berikut ; pada temperatur di bawah

titik beku air (0°C) , air di dalam tanah akan membeku, molekul- molekul air

dalam tanah sulit untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah menjadi

rendah sekali. Bila temperatur anah naik, air akan berubah menjadi fase cair,

molekul-molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah

menjadi besar atau tahanan jenis tanah turun. Pengaruh temperatur terhadap tahanan

jenis tanah dapat dihitung dengan rumus di bawah ini :

ρt = ρ0 (1 + α t )

dimana:

ρt = tahanan jenis tanah pada t°C.

ρo = tahanan jenis tanah pada 0°C

α o = koefisien temperatur tahanan per °C pada 0°

t = temperatur yang timbul (°C)

E. UKURAN-UKURAN PENGHANTAR TANAH

Penghantar-penghantar dan eelktroda-elektroda baja digunakan untuk saluran

distribusi dan pentanahan substasion. Luas minimum penghantar yang diperlukan

dapat dicari dengan rumus empiris berikut ini :

Di mana,

I = Arus gangguan dalam Ampere

T = Lamanya terjadinya gangguan, biasanya diambil 3 dari 5

Pemilihan penghantar dapat mempertimbangkan hal-hal berikut :

a. Untuk tanah yang bersipat korosif sangat lambat, dengan tahanan di atas 100 Ωm,

tidak ada batas perkenaan korosi (corrosion allowance)

Tabel 1.4

b. Untuk tanah yang bersifat korosif lambat, dengan tahanan 25-100 Ωm, batas

perkenaan korosi adalah 15% dengan pemilihan penghantar sudah

mempertimbangkan faktor stabilitas termal.

c. Untuk tanah yang bersifat korosif cepat, dengan thanan kurang dari 25 Ωm, batas

perkenaaan korosi adalah 30% dengan pemilihan penghantar sudah

mempertimbangkan factor stabilitas termal..

Penghantar dapat dipilh dari ukuran-ukuran standar seperti 10 x 6 mm2, 20 x 6

mm2, 30 x 6 mm2, 40 x 6 mm2, 50 x 6 mm2, 60 x 6 mm2, 50 x 8 mm2, dan 65 x 8

mm2. Penghantar-penghantar pentanahan untuk transformator distribusi dapat dilihat

pada Tabel 1.4.

F. PERENCANAAN ELEKTRODA PENTANAHAN1. Perencanaan ElektrodaElektroda-elektroda pentanahan untuk system-sistem distribusi smpai 33 kV umumnya adalah batas MS ukuran mini,u, dengan garis tegah 20 mm atau pipa GI bergaris tengah 25 mm sepanjang 3 m (dengan pertimbangan kekuatan terhadap mekanis dan korsi) diyanam ketanah dengan kedalaman 0,5-0,75 m dari permukaan tanah. Pasak panjang ditancapkan dan ditancapkan lebih dalam sangat bermampaat dalam mengurangi tahanan tanah.Rumus empiris penentuan tahanan total dari berbagai susunan parallel, seperti di bawah ini :a. Dua pasak disusun parallel

Tahanan2 pasak paralelTahanan pasak tunggal

= 1+ x

2

Di mana , x = ( L

ln48 L

a−I ) d, d jarak antara 2 pasak paralel

b. Tiga pasak parallel berbentuk segitiga samsisisi dengan sisi = d

Tahanan3 pasak paralelTahanan pasak tunggal

= 1+2 x

3c. Pasak jamak tersusun dalam segi-empat kosong atau segi empat terisi

seperti terlihat pada gambar 1.5. apabila jumlah pasak N maka :

Tahanan N pasak paralelTahanan pasak tunggal

= 1+kx

N

Di mana k adalah konstanta yang tergantung jumlah pasak, dapat dilihat pada tabel 1.5.

Tabel 1.5

Jumlah pasakSepanjang sisi segi-empat

Jumlah pasakseluruhnya

Harga k

Segi empat tersisi2 4 2.70713 8 4.25834 12 5.39395 16 6.00726 20 6.46337 24 6.83638 28 7.14799 32 7.419510 36 7.6551

Segi empat kosong3 9 5.89174 16 8.55455 25 11.43716 36 14.06507 49 16.89338 64 19.50039 81 22.306910 100 24.9587

Hubungan-hubungan antara elektroda pada system elektroda dibuata di kedalaman 0,5 - 0,75m dari permukaaan tanah.

2. Nomogram PentanahanUntuk membantu teknisi dalam menentukan kira-kira kedalaman yang diperlukan untuk memperoleh tahanan yang diingini, dapat digunakan nomogram pentanahan seperti gambar 1.5. sebagai contoh untuk memperoleh tahanan 20 ohm di dalam tanah dengan tahanan 10 ohm-m, suatu batang MS dengan garis tengah 18 mm

harus ditancapkan kedalam 6 m. perlu dicatat bahwa tanah adalah homogen, dan karena itu mempunyai tahanan seragam.

G. SKEMA PENTANAHAN1. Sistem Daya

Suatu system daya ditanahkan pada titik-titik yang cocok menurut skema tertentu untuk memperoleh keuntungan-keuntungan seperti : mengurangi harga peralatan, menekan biaya operasi dan biaya pemeliharaan, ,eningkatkan keamanan, meningkatkan keterandalan dan meningkatkan penampilan. Ada dua metode pentanahan yaitu :a. Sistem yang ditanahkan secara efektifb. Sistem yang ditanahkan secara tidak efektif

2. Saluran-saluran dan substasion-substasionPentanahan saluran-saluran adalh penting karena alasan-alasan di bawah ini :a. Untuk memperolehurutan fasa nol impedansi, sehingga dapat mengerjakan

relai pemutus arus gangguan cukup besar untuk dapat mengerjakan relai pemutus arus pada saat terjadi gangguan.

b. Untuk pengamanan personil ternakc. Untuk mengurangi gangguan interperansi pada komonikasi dengan menjaga

potensial tanah tetap rendah.

Dalam saluran-saluran, impedansi gangguan maksimum harus sedemikian, sehingga pada kondisi gangguan, arus gangguan tidak kurang dari 2,5 kali batas arus pengerjaan dari kutup dapat dihitung untuk pengecekan syarat arus gangguan tersebut.

3. Saluran-saluran tegangan rendah dan tempat tinggal lanngganan Dengan naiknya penggunaaan listrik untuk pemanasan, memasak dan lain-lain keperluan rumah tangga, jumlah kecelakaan listrik meningkat sebagai akibat pentanahan yang tidak memadai untuk kemungkinan arus gangguan yang besar. Dari berbagai metode pentanahan yang lazim, perlindungan dengan pentanahan jamak titik-titik netaral dengan ikatan titik-titik berpotensial sama, merupakan yang terbaik yang memberikan pengamanan maksimal.Aturan-aturan 33 dan 90 IE tidakk secara khusus memberikan pentanahan jamak untuk system tegangan rendah. Pernyataan dalam aturan itu lebih ditekanakan pada naiknya arus-arus gangguan dan jumlah kecelakaan dalam sistem-sistem.