Pengaruh an Air Garam Dan Arang Pada Kinerja Sistem Grounding Gardu Induk2

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

Gardu induk merupakan salah satu bagian dari sistem tenaga listrik yang

mempunyai kemungkinan sangat besar mengalami bahaya yang disebabkan oleh

timbulnya gangguan sehingga arus gangguan itu mengalir ke tanah sebagai akibat

isolasi peralatan yang tidak berfungsi dengan baik. Arus gangguan tersebut akan

mengalir pada bagian bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir

dalam tanah di sekitar gardu induk. Arus gangguan ini menimbulkan gradien

tegangan diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga

gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Besarnya gradien tegangan

pada permukaan tanah tergantung pada tahanan jenis tanah atau sesuai dengan

struktur tanah tersebut. Salah satu usaha untuk memperkecil tegangan permukaan

tanah maka diperlukan suatu pentanahan yaitu dengan cara menambahkan

elektroda pentanahan yang ditanam ke dalam tanah. Oleh karena lokasi peralatan

listrik (gardu induk) biasanya tersebar dan berada pada daerah yang

kemungkinannya mempunyai struktur tanah berlapis-lapis maka diperlukan

perencanaan pentanahan yang sesuai, dengan tujuan untuk mendapatkan tahanan

pentanahan yang kecil sehingga tegangan permukaan yang timbul tidak

membahayakan baik dalam kondisi normal maupun saat terjadi gangguan ke

tanah.

1

Pentanahan merupakan faktor terpenting untuk meningkatkan keamanan

dalam sistem tenaga listrik dan peralatan - peralatan listrik, memelihara kondisi

kestabilan tegangan serta mencegah tegangan lebih puncak selama gangguan.

Untuk mendistribusikan arus gangguan yang besar secara merata ke dalam tanah

melalui elektroda pentanahan, maka dibutuhkan tahanan tanah yang rendah.

Tahanan tanah ini dipengaruhi oleh nilai tahanan jenisnya.

Karakteristik tanah berbeda - beda sehingga tahanan jenis tanahnya juga

bermacam – macam. Berbagai macam cara perlakuan dilakukan pada tanah untuk

memperkecil nilai tahanan jenis tanah tersebut. Maka dari hal diatas penting sekali

penyelidikan tentang karakteristik tanah untuk mendapatkan nilai tahanan jenis

tanah yang ideal.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisa pengaruh perlakuan

fisik tanah dengan penambahan air, garam dan arang pada tanah kering terhadap

sistem grounding yang digunakan pada suatu daerah peralatan gardu induk.

Kinerja yang dimaksud yaitu tahanan pentanahan, faktor reduksi permukaan gardu

induk, tegangan sentuh toleransi, tegangan mesh, tegangan langkah toleransi,

tegangan langkah sebenarnya dan panjang minimum penghantar.

1.3 Manfaat Penelitian

Dengan dilakukannya penelitian ini maka diharapkan akan diketahui

sistem pentanahan yang baik untuk suatu daerah peralatan pada suatu gardu induk.

2

1.4 Batasan Masalah

Penelitian ini membahas masalah pentanahan pada daerah gardu induk

dengan kondisi tahanan jenis tanah yang berubah-ubah pada daerah tersebut yang

meliputi penghitungan tahanan tanah, faktor reduksi permukaan gardu, tegangan

langkah toleransi, tegangan sentuh toleransi, tegangan mesh dan tegangan langkah

sebenarnya. Arus gangguan yang diterapkan 2000 A, frekwensi 60 Hz, berat

tubuh manusia diperkirakan 70 Kg, suhu rata-rata 400 C, dan kondisi tanah kering

dengan resistifitas 1000 Ω dilapisi kerikil dengan resistifitas 5000 Ω.

1.5 Sistematika Penulisan

Untuk penyajiannya, penulisan dibagi dalam lima bab sebagai berikut :

BAB I : Pendahuluan. Bab ini berisi latar belakang masalah, tujuan

penelitian, batasan masalah dan sistematika penulisan.

BAB II : Teori Dasar. Bab ini berisi tentang sistem pengetanahan

gardu induk, macam tegangan, arus yang melalui tubuh,

dan perencanaan system pentanahan gardu induk

BAB III : Percobaan. Bab ini berisi metoda percobaan, data system

pentanahan gardu induk yang diteliti dan sistem penelitian.

BAB IV : Pengukuran dan Analisa. Bab ini berisi hasil pengukuran

dan analisisnya.

BAB V : Kesimpulan dan Saran. Bab ini berisi kesimpulan dari hasil

pengukuran beserta saran – sarannya.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengenalan Pentanahan

Sistem pentanahan merupakan pentanahan antara elektroda tanah dan

tanah disekitar elektroda tersebut. Sistem ini umumnya dilakukan dengan cara

penanaman elektroda besi atau elektroda tembaga kedalam tanah dan kalau

memungkinkan sampai ke dalam air tanah. Elektroda yang ditanah ini kemudian

disambung dengan kawat tembaga atau kawat besi tebal yang gunanya adalah

untuk menghubungkan antara bangunan dan instalasi listrik yang akan diproteksi

dari sambaran petir. Bentuk dari elektroda tadi ada berbagai macam, antara lain

diantaranya elektroda batang (driven rod), elektroda strip (bentuk bintang, bentuk

cincin, bentuk grid) dan elektroda pelat.

Sampai dengan kira-kira tahun 1910 sistem tenaga listrik tidak ditanahkan.

Hal ini disebabkan masih kecilnya arus gangguan (kurang 5A). Bila terjadi

gangguan antara phasa ke tanah, maka busur listrik yang timbul akan padam

dengan sendirinya. Pada saat ini sistem tenaga listrik semakin besar baik

panjangnya maupun tegangannya sehingga arus yang timbul bila terjadi gangguan

tanah makin besar dan busur listrik yang muncul pun tidak dapat padam dengan

sendirinya. Gejala ini sangat berbahaya karena dapat menimbulkan kerusakan

pada peralatan .

Oleh karena itu mulai tahun 1910-an pada saat sistem-sistem tenaga relatif

mulai besar, sistem-sistem itu tidak lagi dibiarkan terapung yang dinamakan

sistem delta, tetapi karena titik netral sistem itu diketanahkan melalui tahanan atau

4

reaktansi. Pentanahan itu pada umumnya dilakukan dengan menghubungkan

netral transformator daya ketanah.

Metoda-metoda pentanahan netral dari sistem-sistem tenaga adalah :

a. Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding)

b. Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding)

c. Pentanahan tanpa impedansi (solid grounding)

d. Pentanahan efektif (effectif grounding)

f. Pentanahan dengan reaktor yang impedansinya dapat berubah-ubah

(resonant grounding) atau pentanahan dengan kumparan Petersen.

Pada sistem tenaga yang semakin besar dengan panjang saluran dan

besarnya tegangan, akan menimbulkan arus gangguan yang semakin besar pula

( diatas 5A ) Dengan demikian apabila terjadi gangguan tanah makin besar dan

busur listrik tidak dapat padam dengan sendirinya. Ditambah lagi gejala-gejala

busur tanah atau 'arcing grounds' semakin menonjol. Gejala busur tanah adalah

suatu proses terjadinya pemutusan (clearing) dan pukulan balik (restriking) dari

busur listrik secara berulang-ulang. ini sangat berbahaya karena dapat

menimbulkan tegangan lebih transien yang tinggi yang dapat merusak peralatan.

Oleh karena pada sistem-sistem tenaga relatif besar, sistem tidak lagi

dibiarkan terapung atau sistem delta, tetapi titik netral sistem itu diketanahkan

melalui tahanan atau reaktansi. Pengetanahan itu umumnya dilakukan dengan

menghubungkan titik netral transformator daya dengan tanah.

5

Gambar 2.1 Sistem yang tidak diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat

tanah IFG = arus gangguan

Pada sistem-sistem yang tidak diketanahkan atau pada sistem delta, arus

gangguan itu tergantung dari impedansi kapasitif Za, Zb dan Zc, yaitu impedansi

kapasitif masing-masing kawat-fasa terhadap tanah, (Gambar 2.1). Bila sistem itu

diketanahkan arus gangguan itu tidak lagi tergantung pada impedansi kapasitif

kawat-kawat tetapi juga tergantung pada impedansi alat pengetanahan dan

transformatornya,(Gambar 2.2).

Jadi dengan mengetanahkan titik netral sistem, arus gangguan jelas menjadi

lebih besar dibandingkan dengan arus gangguan pada sistem delta, namun

sebaliknya membatasi tegangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu. Jadi didalam

menentukan impedansi pengetanahan itu harus diperhatikan hubungan antara

besar arus gangguan dan tegangan yang mungkin timbul.

6

Gambar 2.2 Sistem yang diketanahkan dalam keadaan gangguan kawat

tanah IFG = arus gangguan

Keterangan diatas dapat disimpulkan bahwa tujuan dari pengetanahan

adalah:

- Pada sistem tenaga besar yang tidak diketanahakan arus gangguan relative

besar (>5 A) sehingga busur listrik yang timbul tidak dapat padam sendiri,

di mana akan menimbulkan busur tanah dengan pada sistem yang

diketanahkan gejala tersebut hampir tidak terjadi.

- Untuk membatasi tegangan pada fasa-fasa yang tidak terganggu.

2.2 Pengetanahan Gardu Induk

Pengetanahan gardu induk mula-mula dilakukan dengan menanamkan

batang-batang konduktor tegak lurus permukaan tanah (vertikal). Tetapi kemudian

orang menggunakan sistem pengetanahan dengan menanamkan batang-batang

konduktor sejajar dengan permukaan tanah. Hal ini dilakukan mula-mula karena

pada suatu daerah yang berbatu sehingga tidak dapat menanamkan elektroda

pengetanahan lebih dalam. Setelah diselidiki lebih lanjut ternyata pengetanahan

dengan sistem penanaman horisontal dengan bentuk kisi-kisi (grid) mempunyai

keuntungan-keuntungan dibandingkan dengan pengetanahan yang memakai

batang-batang vertikal. Sistem pengetanahan batang vertikal masih banyak

digunakan pada gardu-gardu induk,dan juga merupakan teori dasar dari sistem

pentanahan.

7

Tujuan utama dari berbagai sistem pengetanahan tersebut adalah untuk

mendapatkan tahanan kontak ke tanah yang cukup kecil. Untuk mengetahui sejauh

mana tahanan kontak ke tanah dapat diperkecil, perlu mengetahui rumus-rumus

tahanan kontak ke tanah dari masing-masing sistem pengetanahan.

Dasar perhitungan tahanan pentanahan adalah perhitungan kapasitansi dari

susunan batang-batang elektroda pengetanahan dengan anggapan bahwa distribusi

arus atau muatan uniform sepanjang batang elektroda. Hubungan tahanan dan

kapasitansi dapat dijelaskan dengan suatu analogi. Analogi ini merupakan dasar

perhitungan karena aliran arus masuk ke dalam tanah dari elektroda pengetanahan

mempunyai kesamaan dengan emisi fluks listrik dari konfigurasi yang sama dari

konduktor yang mempunyai muatan yang terisolir.

Gambar 2.3 Konduktor plat

Jumlah garis fluks yang melalui dielektrik di antara kedua pelat adalah 4 π

q.A dan kuat medannya adalah 4 π q. Maka tegangan antara kedua pelat V = 4 π q

d Volt, jumlah muatan Q adalah q A Couloumb.

Dari hubungan :

C = Q / V

diperoleh,

8

(2.1)

Jika diantara kedua pelat diletakkan tanah dengan tahanan jenis ρ Ohm-cm maka

tahanan antara pelat adalah :

Dari persamaan

akhirnya didapat harga tahanan :

(2.2)

dimana :

R = tahanan (dalam Ohm)

C = kapasitansi (dalam statfarad)

Ρ = tahanan jenis tanah (dalam Ohm-cm)

Dalam hal ini tahanan elektrodanya sendiri tidak diperhitungkan karena

tahanan jenis konduktor kecil sekali dibandingkan dengan tahanan jenis tanah.

Kalau kita perhatikan persamaan (2.2), maka persoalannya adalah penentuan

kapasitansi dari sistem pengetanahan untuk menentukan tahanan

pengetanahannya. Penentuan besar kapasitansi suatu sistem pengetanahan adalah

dengan prinsip bayangan.

9

Prinsip bayangan secara sederhana dapat diterangkan sebagai berikut.

Misalkan dua elektroda titik 1 dan 1 bermuatan yang sama besarnya di dalam

media yang tak terbatas, dan juga dimisalkan arus I mengalir pada kedua titik

tersebut.

Gambar 2.4 Prinsip Bayangan

Arus I akan mengalir ke luar dari kedua elektroda secara radial. Suatu

bidang bayangan terletak di tengah-tengah kedua elektroda dan tegak lurus

terhadap garis hubung kedua elektroda. Karena kedua elektroda tersebut simetris

terhadap bidang bayangan. Apabila media dan elektroda pada kedua sisi

dihilangkan tanpa mengubah distribusi arus dan tegangan maka bidang bayangan

PP’ dapat disamakan dengan permukaan tanah. Apabila bidang bayangan

dianggap sebagai permuakaan tanah maka potensial disebabkan oleh elektroda di

bawah permukaan tanah adalah:

(2.3)

dimana :

V = potensial pada permukaan tanah,

10

I = arus yang masuk tanah dari elektroda

ρ = tahanan jenis tanah

S = jarak elektroda terhadap permukaan tanah

S’= jarak bayangan elektroda terhadap permuakaan tanah.

2.3 Tahanan Jenis Tanah

Faktor keseimbangan antara tahanan pentanahan dan kapasitansi di

sekelilingnya adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ dalam

persamaan (2.2). Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas

tergantung dari beberapa faktor yaitu :

a. Jenis tanah : tanah liat, berpasir , berbatu dan lain-lain.

b. Lapisan Tanah : berlapis-lapis dengan tahanan jenis yang berlainan

atau uniform

c. Kelembaban tanah

d. Temperatur

Tahanan jenis tanah bervariasi dari 500 sampai 50000 Ohm per cm3.

Kadang-kadang harga ini dinyatakan dalam Ohm-cm. Pernyataan Ohm-cm

merepresentsikan tahanan di antara dua permukaan yang beralawanan dari suatu

volume tanah yang berisi 1 cm3.

Sering dicoba untuk mengubah komposisi kimia tanah dengan

memberikan garam pada tanah dekat elektroda pengetanahan dengan maksud

mendapatkan tahanan jenis tanah yang rendah. Cara ini hanya baik untuk

sementara sebab proses penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya

enam bulan sekali.

11

Dengan memberi air atau membasahi tanah juga mengubah tahanan jenis

tanah. Harga tahanan jenis tanah pada kedalaman yang terbatas sangat tergantung

dengan keadaan cuaca. Untuk mendapatkan tahanan jenis tanah rata-rata untuk

keperluan perencanaan maka diperlukan penyelidikan atau pengukuran dalam

jangka waktu tertentu misalnya selama satu tahun. Biasanya tahanan tanah juga

tergantung dari tingginya permukaan tanah dari permukaan air konstan.

Untuk mengurangi variasi tahanan jenis tanah akibat pengaruh musim,

pengetanahan dapat dilakukan dengan menanamkan elektroda pengetanahan

sampai mencapai kedalaman dimana terdapat air tanah yang konstan. Pada sistem

pengetanahan yang tidak mungkin atau tidak perlu untuk ditanam lebih dalam

sehingga mencapai air tanah yang konstan, variasi tahanan jenis tanah yang besar.

Karena kadang kala penanaman memungkinkan kelembaban dan temperatur

bervariasi, harga tahanan jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling

buruk, yaitu tanah kering dan dingin.

Setelah diperoleh harga tahanan jenis tanah, dan biasanya diambil harga

yang tertinggi, maka berdasarkan harga tahanan jenis tersebut dibuat perencanaan

pengetanahan. Jadi pada suatu perencanaan pengetanahan, pengukuran tahanan

jenis tanah pada tempat di mana akan didirikan gardu induk harus dilakukan

terlebih dahulu.

2.4 Pengukuran Tahanan Jenis Tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah biasanya dilakukan dengan cara :

12

1. Metode empat elektroda (four electroda method)

atau

2. Metoda tiga titik (three pint method)

Pengukuran tahan jenis tanah dengan metoda empat elektroda menggunakan

empat buah elektroda, satu batere, sebuah amperemeter dan sebuah voltmeter

yang sensitif, sebagai terlihat pada gambar.

Gambar 2.5 pengukuran tahanan jenis tanah dengan metoda empat elektroda

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

yang lain cukup jauh sehingga pengaruh diameter konduktor dapat diabaikan.

Arus yang masuk ke tanah mengalir secara radial dari elektroda, misalkan arah

arus dalam tanah dari elektroda 1 ke elektroda 2 berbentuk permukaan bola

dengan jari-jari r, luas permukaan tersebut adalah 2 π r2, dan rapat arus radial pada

jarak r adalah J = I / 2 π r2.

Bila ρ adalah tahanan jenis tanah, maka kuat medan dalam tanah pada arah

radial dengan jarak r adalah E(r) = J.

13

Jadi,

Potensial pada jarak r dari elektroda adalah integral dari gaya listrik dari jarak r ke

titik tak terhingga :

Perbandingan antara tegangan dan arus atau tahan menjadi :

Dari gambar, terlihat, r13 = r34 = r24 = a.

Jadi :

dan

Beda tegangan antara titik 3 dan 4 adalah :

dan

jadi :

(2.4)

14

Bila a dalam meter dan R dalam Ohm maka tahanan jenis dalam Ohm-

meter. Dengan alat ukur yang dibuat khusus untuk ini yang terdiri dari generator

yang diputar dengan tangan dan ohm-meter, dapat dibaca langsung tahanan antara

elektroda arus dan elektroda tegangan.

Metoda tiga titik (three-point method) dimaksudkan untuk mengukur

tahanan pengetanahan. Misalkan tiga buah batang pengetanahan di mana batang 1

yang tahanannya hendak diukur dan batang-batang 2 dan 3 sebagai batang

pengetanahan pembantu yang juga belum diketahui tahanannya, gambar

Gambar 2.6 Metoda tiga titik

Bila tahanan di antara tiap-tiap titik batang pengetanahan diukur dengan

arus konstan, tiap pengukuran dapat ditulis sebagai berikut :

15

Tetapi,

Jadi :

Akhirnya :

(2.5)

Tahanan batang pengetanahan dari elektroda 1 diberikan oleh persamaan

(2.5) jika kita dapat membuat :

(2.6)

keadaan ini dapat diperoleh dengan mengatur posisi elektroda 2 sehingga harga

persamaan (2.6) dipenuhi.

2.5 Bahaya-Bahaya yang Timbul Pada Gardu Induk Pada Keadaan

Gangguan Tanah

Secara umum kita tinjau dahulu bahaya-bahaya yang mungkin dapat

ditimbulkan oleh tegangan atau arus listrik terhadap manusia mulai dari yang

ringan sampai yang paling berat yaitu: terkejut, pingsan atau mati.

16

Ringan atau berat bahaya yang timbul, tergantung dari faktor-faktor

dibawah ini sebagai berikut :

1. Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut.

2. Besarnya arus yang melewati tubuh manusia

3. Jenis arus, searah atau bolak-balik

2.5.1 Tegangan

Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia,

dalam hal terjadi tegangan kontak langsung atau dalam hal manusia berada di

dalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Akan tetapi

sebenarnya yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus yang

mengalir dalam tubuh manusia.

Khususnya pada gardu-gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya

terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir

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

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

gangguan tersebut menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan

peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan

tanah itu sendiri. Untuk menganalisis lebih lanjut akan ditinjau beberapa

kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang yang sedang berada di dalam

dan di sekitar gardu induk tersebut.

17

2.5.1.1 Macam Tegangan

Sulit untuk menentukan secara tepat mengenai perhitungan tegangan yang

mungkin timbul akibat kesalahan ke tanah terhadap orang yang sedang berada di

dalam atau di sekitar gardu iduk, karenanya banyaknya faktor yang

mempengaruhi dan tidak diketahui.

Untuk menganalisis keadaan ini maka diambil beberapa pendekatan sesuai

dengan kondisi orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar gardu induk

tersebut pada saat terjadi kesalahan ke tanah.

Pada hakekatnya perbedaan tegangan selama mengalir nya arus gangguan

tanah dapat digambarkan sebagai berikut :

1. Tegangan sentuh

2. Tegangan langkah

3. Tegangan pindah

2.5.1.1.1 Tegangan Sentuh

Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu obyek yang

disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa obyek yang

disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan yang berada dibawahnya.

Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari

kaki orang tersebut, seperti pada gambar 2.7.

18

Gambar 2.7. Tegangan sentuh

Gambar 2.8. Rangkaian pengganti tegangan sentuh

Dari rangkaian pengganti dapat dilihat hubungannya sebagai berikut :

(2.7)

Dimana :

Es = tegangan sentuh (volt)

19

Rk = tahanan badan orang (= 1000 Ohm)

Rf = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki pada tanah yang diberi

lapisan koral 10 cm (= 3000 Ohm)

Ik = besarnya arus yang melaluibadan (Ampere)

Tahanan badan orang telah diselidiki oleh beberapa ahli sebagaimana terdapat

dalam tabel 7.4, dan sebagai harga pendekatan diambil Ohm. Tahanan

Rf mendekati harga 3 s dimana s adalah tahanan jenis tanah disekitar

permukaan. Arus Ik diambil dari harga dalam persamaan 7.4, dimana

.

(2.8)

Dimana :

s = tahanan jenis tanah disekitar pemukaan tanah (Ohm-meter) = 3000

Ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm.

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

Dalam Tabel 2.1 diberikan besar tegangan sentuh yang diijinkan dan lama

gangguan.

20

Lama gangguan t

(detik)

Tegangan sentuh yang diijinkan

(Volt)

0,1 1.980

0,2 1.400

0,3 1.140

0,4 990

0,5 890

1,0 626

2,0 443

3,0 362

Tabel 2.1. Tegangan sentuh yang diijinkan dan lama gangguan

2.5.1.1.2 Tegangan Langkah

Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul di antara dua kaki orang

yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah.

Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2.8

Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan

diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu.

21

Gambar 2.9 Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan

Gambar 2.10. Rangkaian pengganti tegangan langkah

Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentkan tegangan

langkah sebagai berikut :

22

(2.9)

Dimana :

= tegangan langkah (volt)

= tahanan badan orang (ohm) = 1000 Ohm

= tahanan kontak ke tanah dari satu kaki (ohm) = 3

= waktu kejut (detik)

= tahanan jenis tanah disekitar permukaan tanah (ohm-meter)

= 3000 ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm

Dalam Tabel 2.2 diberikan besar tegangan langkah yang diijinkan dan lama

gangguan.

Lama gangguan t

(detik)

Tegangan langkah yang diijinkan

(Volt)

0,1 7.000

0,2 4.950

0,3 4.040

0,4 3.500

0,5 3.140

1,0 2.216

2,0 1.560

3,0 1.280

Tabel 2.2. Tegangan langkah yang diijinkan dan lama gangguan

23

2.5.1.1.3 Tegangan Pindah

Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh, dimana

tegangan ini terjadi bila pada saat terjadi kesalahan orang berdiri di dalam gardu

induk, dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik jauh

sedangkan alat tersebut dialiri oleh arus kesalahan ke tanah, gambar 2.9.

Dari gambar 2.9 terlihat bahwa, orang akan merasakan tegangan yang

lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan sentuh seperti pada gambar 2.7.

Tegangan pindah akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pengetanahan

total. Tegangan pindah itu sulit untuk dibatasi, tetapi biasanya konduktor-

konduktor telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi. Dari

gambar 2.9 diperoleh :

Epindah = I R0, dengan anggapan Ik « I sebab

» R0

Dimana :

(2.10)

Dan :

r = jarijari ekivalen dari luas gardu induk

L = panjang total dari konduktor kisi-kisi dan batang

Untuk waktu tertentu dari arus gangguan dalam detik, tegangan pindah

yang diijinkan adalah sama dengan tegangan sentuh.

24

Gambar 2.9. Tegangan pindah dengan rangkaian penggantinya

2.5.2 Arus Yang Melalui Tubuh Manusia

Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus yang mengalir di

dalamnya. Tetapi berapa besar dan lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh

tubuh manusia sampai batas yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Dalam

hal ini telah banyak diselidiki oleh para ahli dengan berbagai macam percobaan

baik dengan tubuh manusia sendiri maupun menggunakan binatang tertentu.

Dalam batas-batas tertentu dimana besarnya arus belum berbahaya terhadap organ

tubuh manusia telah diadakan berbagai percobaan terhadap beberapa orang

sukarelawan yang menghasilkan batas-batas besarnya arus dan pengaruhnya

terhadap manusia yang berbadan sehat. Batas-batas arus tersebut dibagi sebagai

berikut :

25

1. Arus mulai terasa atau persepsi.

2. Arus mempengaruhi otot.

3. Arus mengakibatkan pinsan atau mati atau arus fibrilasi

4. Arus reaksi

2.5.2.1 Arus Persepsi

Bila seseorang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari

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

tersebut akan memberikan pengaruh. Mula mula akan merangsang syaraf

sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya bila dengan arus bolak

balik dan akan terasa sedikit panas pada telapak tangan.

Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1993 telah dilakukan

pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan diperoleh arus rata-rata

yang disebut threshold of perception current sebagai berikut :

1. untuk laki-laki : 1,1 mA.

2. Untuk perempuan : 0,7 mA.

2.5.2.2 Arus Yang Mempengaruhi Otot

Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi

dinaikkan lagi maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-

otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan

konduktor yang dipegangnya.

26

Di University of California Medical School telah dilakukan penyelidikan

terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka rata-

rata yang mempengaruhi otot sebagai berikut :

1. untuk laki-laki : 16 mA.

2. Untuk perempuan : 10,5 mA.

Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimal dimana

orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik

sebagai berikut :

1. untuk laki-laki : 9 mA.

2. Untuk perempuan : 6 mA.

2.5.2.3 Arus Fibrilasi

Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang

mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai

mati. Hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung sehingga

jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan dan orang segera akan

mati.

Untuk mendapatkan nilai pendekatan suatu percobaan telah dilakukan

pada University of California oleh Dalziel pada tahun 1968 , dengan

menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung yang kira-kira sama

dengan manusia disebutkan bahwa 99.5 % dari semua orang yang beratnya kurang

dari 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus dan waktu yang ditentukan

oleh persamaan sebagai berikut :

27

atau

dimana :

k =

K = 0,0135 untuk manusia dengan berat 50 kg

= 0,0246 untuk manusia dengan berat 70 kg

Maka :

= 0,116 Amper

= 0,157 Amper

Jadi :

untuk berat badan 50 kg

Dan

(2.11)

Dimana :

= besarnya arus yang mengalir melalui tubuh (Ampere)

= lamanya arus mengalir dalam tubuh atau lama ganguan tanah (S)

2.5.2.4 Arus Reaksi

28

Arus reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat menakibatkan orang

menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan

sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melemparkan peralatan

yang sedang dipegang yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi bertegangan

tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang lebih fatal.

Penyelidikan yang terperinci telah dikemukan oleh DR. Hans Prinz

dimana batasan-batasan arus tersebut seperti tabel 2.3.

Besar Arus Pengaruh Pada Tubuh Manusi

0 – 0,9 mA belum dirasakan pengaruhnya, tidak menimbulkan reaksi apa-

apa.

0,9 – 1,2 mA baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan

akibatbkejang, kontraksi atau kehilangan kontrol.

1,2 – 1,6 mA mulai terasa seakan-akan ada yang merayap di dalam tangan

1,6 – 6 mA tangan sampai kesiku merasa kesemutan

6 – 8 mA tangan mulai kaku, rasa kesemutan makin bertambah

13 – 15 mA rasa sakit tidak tertahankan, penghantar masih dapat

melepaskan dengan gaya yang besar sekali

15 – 20 mA otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar

20 – 50 mA dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia

50 – 100 mA batas arus yang dapat menyebabkan kematian

Tabel 2.3. Batasan-batasan arus dan pengaruhnya pada manusia

2.5.3 Tahanan Tubuh Manusia

29

Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai 100.000 Ohm

tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat yang mengadakan hubungan

(kontak) dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk

mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan yang tinggi kulit yang

menyentuh konduktor langsung terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini tidak

berarti apa-apa. Sehingga hanya tahanan tubuh yang dapat membatasi arus.

Penyelidikan dan penelitian tahanan tubuh manusia yang diperoleh beberapa ahli

adalah sebagai berikut :

Peneliti Tahanan (Ohm) Keterangan

Dalziel 500 dengan tegangan 60 cps

AIEE Committee Report 2.330 dengan tegangan 21 volt

1958 tangan ke tangan

1.130 tangan ke kaki

1.680 tangan ke tangan dengan arus

searah

800 tangan ke kaki dengan 50 cps

Laurent 3.000

Tabel 2.4. Berbagai harga tahanan tubuh manusia

Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil

harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.

30

2.6 Perencanaan Sistem Pengetanahan Gardu Induk

2.6.1 Umum

Sistem pengetanahan peralatan-peralatan pada gardu induk biasanya

menggunakan konduktor yang ditanam secara horisontal, dengan bentuk kisi-kisi

(grid). Konduktor pengetanahan biasanya terbuat dari batang tembaga keras dan

memiliki konduktivitar tinggi, terbuat dari kabel tembaga yang dipilin (bare

stranded copper) dengan luas penampang 150 mm2 dan mempunyai kemampuan

arus hubung tanah sebesar 250 kA selama 1 detik. Konduktor itu ditanam sedalam

kira-kira 30 cm – 80 cm atau bila dibawah kepala pondasi sedalam kira-kira 25

cm.

Luas kisi-kisi daerah switchyard sesuai dengan peralatan-peralatan yang

ada, dibatasi maksimum 10 m 5 m. Kisi-kisi pengetanahan bersambungan satu

dengan yang lainnya dan dihubungkan dengan batang pengetanahan yang terdiri-

dari batang tembaga. Batang tembaga ini berdiameter 15 mm, panjang 3,5 mm,

ditanam dengan kedalaman minimal sama dengan panjang batang itu sendiri.

Selanjutnya batang pengetnahan ini disebut titik pengetanahan.

Untuk pengetanahan rangka / badan dari peralatan dan struktur digunakan

batang-batang pengetanahan yang mempunyai luas penampang sama dengan luas

penampang kisi-kisi pengetanahan.

Semua dasar isolator-isolator, terminal-terminal pengetanahan dan

pemisah pengetanahan, netral trafo arus dan trafo tenaga, dasar penangkap petir

(lightning arrester) dan struktur dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan.

Pagar swithyard yang terbuat dari besi/logam dan terisolir dari tanah diketanahkan

31

melaluibatang tembaga (35 mm2) panjang 1 meter serta ditanam di luar pagar

sedalam 50 cm dengan jarak lebih dari 5 meter terhadap kisi-kisi pengetanahan

utama.

2.6.2 Perencanaan Pengetanahan Switchard

Seperti yang telah dijelaskan bahwa arus gangguan tanah yang mengalir

ditempat gangguan maupun di tempat pengetanahan gardu induk menimbulkan

perbedaan tegangan di permukaan tanah yang dapat mengakibatkan terjadinya

tegangan sentuh dan tegangan langkah yang melampaui batas-batas keamanan

manusia dan binatang.

Sistem pengetanahan pada gardu induk membuat permukaan tanah di

lokasi gardu induk mempunyai perbedaan tegangan yang serendah-rendahnya

pada waktu terjadi gangguan hubungan tanah atau membuat tahanan tanah

serendah-rendahnya.

Pengetanahan peralatan pada gardu induk biasanya menggunakan sistem

pengetanahan kisi-kisi (grid) dan di lokasi switchyard diberi lapisan koral untuk

mengurangi besar perbedaan tegangan pada permukaan tanah.

Perencanaan sistem pengetanahan pada gardu induk ini didasarkan pada

standar IEEE 80 “IEEE guide for safety in substation Grounding” dengan

langkah-langkah sebagai berikut :

1. Pemeriksaan tahanan jenis tanah.

2. Perencanaan pendahuluan tata letak (layout) dan data-data.

3. Menghitung arus fibrilasi.

4. Menghitung jumlah batang pengetanahan yang diperlukan.

32

5. Menghitung arus gangguan hubung tanah.

6. Menghitung tahanan batang.

7. Menghitung ukuran konduktor kisi-kisi.

8. Menghitung tegangan sentuh.

9. Menghitung tegangan kisi-kisi (grid)

10. Menghitung tegangan mesh.

11. Menghitung tegangan langkah yang diijinkan.

12. Menghitung tegangan langkah yang sebenarnya.

13. Pemeriksaan tegangan trasfer (trasferred potential).

2.6.2.1 Tata Letak (Layout)

Kisi-kisi (grid) pengetanahan menggunakan konduktor tembaga bulat

yang ditanam pada seluruh batas gardu induk. Pengaturan tata letak sistem

pengetanahan pada suatu gardu induk dapat dilihat pada gambar 9.1. Pada gambar

tersebut diberikan panjang konduktor termasuk batang pengetanahan = 1.600

meter.

2.6.2.2 Tahanan Jenis Tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah pada lokasi gardu induk diambil pada

beberapa titik lokasi. Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan mengguankan

persamaan 9.4 dan ditulis sebagai :

(2.12)

Dimana :

= resistansi jenis rata-ratatanah (ohm-meter)

33

= jarak antara batang pentanahan yang terdekat (meter)

R = besar resistans yang terukur (ohm)

Misalkan hasil pengukuran di lokasi gardu induk tersebut diperoleh besar tahanan

jenis rata-rata = 750 ohm-meter.

2.6.2.3 Arus Fibrilasi

Besarnya arus yang mengalir pada tubuh manusia dimana arus listrik dapat

menyebabkan jantung mulai fibrilasi, dapat dihitung berdasarkan persamaan 9.2 :

(2.13)

Dimana :

Ik : arus fibrilasi (amper)

t : lama waktu gangguan (detik) = 0,75 detik

Lama waktu gangguan t tergantung dari beberapa faktor, antara lain

stabilitas sistem, tipe switchgear dan tipe rele dan pemutus daya yang digunakan.

Sebegitu jauh belum ada standar mengenai lama waktu gangguan. Waktu yang

dianggap realistis berkisar antara 0,5 detik sampai 1,0 detik. Pengambilan waktu

0,75 detik di atas dianggap sudah memenuhi persyaratan dan cukup realistis. Bila

harga-harga tersebut dimasukan pada persamaan 9.2 diperoleh :

ampere

2.6.2.4 Jumlah Batang Pengetanahan yang Diperlukan

Pada waktu arus gangguan mengalir antara batang pengetanahan dan

tanah, tanah akan menjadi panas akibat arus . Suhu tanah harus tetap di bawah

34

100C untuk menjaga jangan sampai terjadi penguapan pada air kandungan dalam

tanah dan kenaikan tahanan jenis.

Kerapatan arus yang diijinkan pada permukaan batang pengetanahan dapat

dihitung dengan persamaan :

(2.13)

Dimana :

i = kerapatan arus yang diijinkan

d = diameter batang pentanahan (mm)

= panas jenis rata-rata tanah (watt-detik/m3/C)

= kenaikan suhu tanah yang diijinkan

= resistans jenis tanah

t = lama waktu gangguan

Kenaikan suhu tanah yang diijinkan adalah antara perbedaan temperatur rata-rata

tahanan dan 100C. misalkan kenaikan suhu diambil = 50C, maka kerapatan arus

i :

i = 0,186 amp/cm ( = 750 ohm-meter)

seluruh panjang batang pentanahan yang diperlukan dihitung dari pembagian arus

gangguan ke tanah dengan kerapatan arus yang diijinkan, sedangkan jumlah

batang pengetanahan yang diperlukan diperoleh dari pembagian panjang total

dengan panjang satu batang. Jadi bila besar arus gangguan 1200 Ampere, maka

jumlah batang pengetanahan minimum dengan panjang 3,5 meter :

Batang

35

2.6.2.7 Arus Gangguan

Besar arus gangguan tanah maksimum didasarkan pada nilai pemutusan

(interrupting rating) dari peralatan pengetanahan gardu induk. Misalkan tegangan

sistem 70 KV dan diketanahkan dengan kumparan Petersen yang dilengkapi

dengan tahanan shunt. Besar arus gangguan tanah diambil 30% dari arus hubung

singkat tiga fasa, yaitu setelah kumparan petersen di paralel oleh tahanan. Dalam

disain ini dimisalkan arus gangguan sebesar 1200 Amper.

2.6.2.8 Ukuran Kisi-Kisi Penghantar Pentanahan

Persamaan berikut yang dikembangkan oleh I.M. Onderdonk, dapat

digunakan untuk menentukan ukuran dari konduktor tembaga minimum yang

dipakai sebagai kisi-kisi pengetanahan.

(2.14)

Dimana :

A = penampang konduktor (circular mils)

I = arus gangguan (= 1200 Ampere)

t = lama gangguan ( = 0,75 detik)

Tm = suhu maksimum konduktor yang diijinkan (=1083C)

Ta = suhu sekeliling tahanan (=30C)

Dengan menggunakan harga-harga tersebut di ataspada persamaan 9.4 diperoleh

A = 7146 circular mils atau A = 3,62 mm2. luas penampang / diameter untuk

36

sambungan-sambungan dengan pengelasan atau dengan baut dapat ditentukan

dengan mensubstitusi Tm dalam persamaan 9.4 yaitu :

Untuk pengelasan Tm = 450C.

Untuk baut Tm = 250C.

Sehingga :

Untuk pengelasan A = 4,71 mm2

Untuk baut A = 5,90 mm2

2.6.2.9 Tegangan Sentuh yang diijinkan

Besar tegangan sentuh yang diijinkan dapat ditentukan dengan persamaan

berikut ini :

(2.15)

Dimana :

= arus fibrilasi (=0,134 Amper)

= tahanan badan manusia (=1000 Ohm)

= tahanan jenis permukaan batu kerikil basah dimana orang berdiri

= 3000 Ohm-meter (untuk tanah yang dilapisi hamparan batu

koral).

Dengan memasukan harga-harga tersebut diperoleh :

2.6.2.10 Tegangan Mesh atau Tegangan Sentuh Maksimum

Sebenarnya

37

Tegangan mesh merupakan salah satu bentuk tegangan sentuh. Tegangan

mesh ini didefinisikan sebagai tegangan peralatan yang diketanahkan terhadap

tengah-tengah daerah yang dibentuk konduktor kisi-kisi (center of mesh) selama

gangguan tanah. Tegangan mesh ini menyatakan tegangan tertinggi yang mungkin

timbul sebagai tegangan sentuh yang dapat dijumpai dalam sistem pengetanahan

gardu induk, dan inilah yanag diambil sebagai tegangan untuk disain yang aman.

Tegangan mesh itu secara pendekatan sama dengan Em, dimana tahanan

jenis tanah dalam Ohm-meter dan i arus yang melalui konduktor kisi-kisi.

Nb (2.16)

Dimana :

(2.17)

Ki : Faktor koreksi untuk ketidakmerataan kerapatan arus, yang di hitung

dengan rumus emperis = 0,65 + 0,172 n ( = 3,402)

D : Jarak antara konduktor-konduktor paralel pada kisi-kisi (= 4 m)

h : Kedalaman penanaman konduktor (=0,8 m)

d : Diameter konduktor kisi-kisi (= 0,016 m)

n : Jumlah konduktor paralel dalam kisi-kisi utama, tidak termasuk

sambungan melintang (= 16)

: Tahanan jenis rata-rata tanah (=750 Ohm-meter)

I : Besar arus gangguan tanah (= 1200 Amper)

L : Panjang konduktor pengetanahan yang ditanam termasuk semua batang

38

pengetanahan (=1600 m)

Tegangan sentuh maksimum yang timbul dalam rangkaian (mesh) tidak

terletak di pusat kisi-kisi (daerah persegi empat yang dibentuk konduktor kisi-

kisi), dimana tegangan mesh di atas dihitung, tetapi terletak agak di bagian luar

kisi-kisi (grid). Tetapi bila kisi-kisi mempunyai delapan konduktor paralel atau

kurang perbedaan tegangan sentuh maksimum yang ada dan tegangan mesh di

bagian luar kisi-kisi tidak akan melebihi 10%. Oleh karena itu, untuk kisi-kisi

dengan delapan konduktor paralel atau kurang tidak dibutuhkan perhitungan yang

eksak (teliti) bila dipergunakan faktor keselamatan yang sesuai dalam

perbandingan antara tegangan mesh dan tegangan sentuh yang diijinkan.jadi bila

kisi-kisi mempunyai delapan konduktor paralel atau kurang, tegangan mesh dapat

dihitung dengan persamaan 9.6 dan 9.7. Tetapi bila jumlah konduktor paralel

melebihi 8, persamaan 9.7 diatas harus dirubah.

Untuk pemakaian sehari-hari sudah cukup menggunkan persamaan 9.6 dan

9.7 diatas, maka :

Volt

Jadi tegangan sentuh sebenarnya 707 Volt lebih kecil dari tegangan sentuh

yang diijinkan 737 Volt, dengan demikian pemilihan jarak antara kisi-kisi serta

pangjang total konduktor sudah memenuhi persyaratan.

2.6.2.11 Tegangan Langkah yang Diijinkan

Tegangan langkah yang diijinkan dapat dihitung dengan menggunakan

persamaan 9.8 :

39

(2.18)

Dimana :

Ik : arus fibrilasi (=1,134 Amper)

Rk : tahanan tubuh manusia (-1000 ohm)

s : tahanan jenis permukaan tanah (=3000 Ohm-meter)

Maka diperoleh :

Volt

2.6.2.12 Tegangan Langkah Sebenarnya

Tegangan langkah sebenarnya adalah perbedaan tegangan yang terdapat

diantara kedua kaki bila manusia berjalan diatas tanah sistem pengetanahan pada

keadaan terjadi gangguan. Tegangan langkah maksimum sebenarnya dapat

dihitung dengan persamaan berikut ini :

(2.19)

Dimana :

= tahanan jenis rata-rata tanah (= 750 Ohm-meter)

Ki = 0,65 + 0,172 n = 3,402 (n = 16)

I = arus gangguan tanah maksimum (= 1200 Amper)

L = panjang total konduktor yang ditanam, termasuk batang

pengetanahan = 1600 meter

40

(2.20)

Dimana :

h = kedalaman penanaman konduktor penanaman (= 0,8 meter)

D = jarak antara konduktor-konduktor paralel (= 5 meter)

Maka :

Jadi tegangan langkah sebenarnya 768 Volt, sedang tegangan langkah yang

diijinkan 2546 Volt. Dengan demikian pemilihan jarak-jarak kisi-kisi serta

panjang total konduktor sudah memenuhi persyaratan

Hasil-hasil perhitungan tegangan-tegangan mesh dan tegangan langkah

untuk gardu induk tersebut dikumpulkan dalam Tabel 9.1.

No Spesifikasi Satuan Harga

1. tahanan jenis tanah () Ohm-meter 750

2. jumlah konduktor paralel dalam kisi-kisi

utama (n)

- 16

3. koefisien (Km) - 0,3695

4. Ki = 0,65 + 0,172 n - 3,402

5. panjang koduktor pengetanahan yang

ditanam (L)

meter 1600

6. koefisien (Ks) - 0,4014

7. tegangan sentuh yang diijinkan (Es) Volt 737

41

8. tegangan langkah diijinkan (El) Volt 2546

9. tegangan mesh (Em) Volt 707

10. tegangan langkah sebenarnya (Elm) Volt 768

Tabel 2.5 Perhitungan tegangan sentuh dan tegangan langkah

Dari Tabel 2.5 dapat dilihat, bahwa dengan disain pengetanahan tersebut

telah diperoleh tegangan mesh Em yang lebih kecil dari tegangan sentuh Es dan

tegangan langkah Em lebih kecil dari tegangan langkahb yang diijinkan El. Dengan

demikian disain pengetanahan yang dilakukan telah memenuhi persyaratan.

Bila seandainya estimasi yang diambil menghasilkan panjang konduktor

yang terlalu kecil, maka perencanaan harus diulang lagi dengan jarak kisi-kisi

yang lebih kecil. Sama halnya, bila estimasi yang diambil menghasilkan panjang

konduktor yang terlalu besar, maka perencanaan harus diulang dengan jarak-jarak

kisi-kisi yang lebih besar supaya lebih ekonomis. Dalam kedua hal di atas harga-

harga , dan harus dihitung kembali. Jadi perencanaan pengetanahan ini

pada hakekatnya adalah proses iterasi, dengan demikian sangat baik bila

menggunakan komputer.

Selanjutnya dapat dihitung tahanan ekivalen sistem pengetanhan

switchyard tersebut dari persamaan berikut :

Dimana :

= Jari-jari ekivalen dari luas switchyard (daerah pengetanahan) dalam

meter.

Jadi :

42

, atau meter

Maka :

Ohm.

Gambar 2.10 Sistem pengetanahan gardu induk

Jumlah konduktor paralel pada kisi-kisi utama = 16

Panjang konduktor kisi-kisi utama = 16 × 50 = 800 meter

Panjang konduktor kisi-kisi melintang = 6 × 75 = 450 meter

Lain-lain = 110 meter

Panjang batang-batang pengetanahan = 68 × 3,5 = 238 meter

Panjang total konduktor = L = 1600 meter

43

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metoda Percobaan

Percobaan dilakukan dengan cara melakukan perhitungan terhadap data

resisitivitas tanah yang telah diberikan perlakuan fisik berupa penambahan air,

garam dan arang yang bertujuan untuk mencari nilai resistivitas yang rendah dari

tanah tersebut.

44

Perhitungan dilakukan dengan memakai program bantu berupa program

sistem pentanahan gardu induk yang menggunakan software ETAP PowerStation

4.0.0.

Perhitungan yang dilakukan oleh program ini antara lain perhitungan

tahanan pentanahan grid, faktor reduksi permukaan, tegangan sentuh toleransi,

tegangan langkah toleransi, tegangan mesh, tegangan langkah sebenarnya dan

panjang minimum penghantar.

3.2 Perhitungan Sistem Pentanahan Gardu Induk Menurut IEEE 80 2000

IEEE 80 2000 melakukan pembahasan mengenai panduan untuk

keamanan pada gardu induk arus bolak balik.. Panduan ini terkonsentrasi pada

gardu induk arus bolak balik baik yang konvensianol maupun berisolasi gas.

Termasuk didalamnya transmisi, distribusi, maupun gardu induk pembangkitan

listrik.

Perhitungan yang dilakukan untuk mendapatkan system pentanahan gardu

induk yang baik meliputi beberapa perhitungan. Diantaranya perhitungan luas

penampang konduktor pentanahan, perhitungan tahanan pentanahan sistem grid,

perhitungan tegangan sentuh dan tegangan langkah toleransi, perhitungan

tegangan mesh dan tegangan langkah sebanarnya, dan perhitungan panjang

minimum penghantar.

Perhitungan luas penampang konduktor pentanahan dilakukan dengan

menggunakan persamaan

45

(IEEE 80 2000, hal 43)

Dimana :

A adalah luas penampang konduktor pentanahan

Ig adalah arus gangguan maksimum

TCAP adalah faktor kapasitansi panas konduktor

α.r adalah koefisien panas resistivitas

ρr adalah resistivitas konduktor pentanahan

ts adalah lamanya arus gangguan

Ko adalah Konstanta (1/ α.R)

Tm adalah Temperature maksimum konduktor

Ta adalah Temperatur sekitar

Perhitungan tahanan pentanahan sistem grid pada daerah gardu induk


(IEEE 80 2000, hal. 65)

Dimana:

Rg adalah tahanan pentanahan sistem grid

ρ adalah resisitivitas tanah

h adalah kedalaman pemasangan konduktor

46

A adalah luas lokasi grid

L adalah total panjang pentanahan

Perhitungan faktor reduksi permukaan gardu induk dapat dilakukan

dengan menggunakan persamaan

(IEEE 80 2000, hal 23)

Dimana ρ adalah resistifitas tanah

ρs adalah resistifitas permukaan gardu

hs adalah ketebalan material permukaan

Perhitungan ground potential rise dapat dilakukan dengan menggunakan

persamaan

GPR= IG.Rg (IEEE 80 2000, hal 133)Dimana IG adalah arus grid maksimum

Rg adalah tahanan grid

Perhitungan tegangan sentuh toleransi dapat dilakukan dengan


Vt (70) = ( 1000 + 1,5 Cs (hs,K) X ρs ) X 0,157 / √ts (IEEE 80 2000 hal.

27)

47

Dimana:

Vt(70) adalah tegangan sentuh toleransi berat manusia minimal 70 kg

Cs adalah faktor reduksi permukaantanah gardu induk

ρs adalah resistivitas lapisan permukaan gardu

ts adalah lamanya arus shock

Perhitungan tegangan langkah toleransi dapat dilakukan dengan


VL (70) = ( 1000 + 6 Cs(hs, K) X ρs) X 0,157 / √ts (IEEE 80 2000, hal.

27)

Perhitungan tegangan mesh dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan

(IEEE 80 – 2000, hal 91)

Dimana

(IEEE

80-2000,hal 93)

Kii = 1, untuk grid dengan ground rod sepanjang garis keliling , atau

untuk grid dengan groung rod pada sudut grid praktis sepanjang garis

sekeliling yang melalui daerah grid

Kh = √1+h/ho (IEEE 80-2000,hal 93)

ho adalah kedalaman referensi rod

h adalah kedalaman konduktor rod

48

n adalah jumlah paralel konduktor grid

D = 1/n adalah jarak rata-rata antara paralel konduktor

d adalah diameter dari konduktor grid

LK adalah panjang konduktor pentanahan

Lr adalah total panjang rod

Ki = 0,656 + 0,172 x n (IEEE 80 – 2000, hal 94)

Perhitungan tegangan langkah sebenarnya dapat dilakukan dengan menggunakan

persamaan

(IEEE 80 – 2000, hal 91)

Dimana :

(IEEE 80 – 2000,

hal 93)

Dan n, h dan D adalah sama dengan poin sebelumnya

Perhitungan panjang minimum penghantar dapat dilakukan dengan


Dimana :

L adalah panjang minimum penghantar

ρ adalah resistivitas tanah

49

ρs adalah resistivitas lapisan permukaan

Cs adalah faktor redaksi permukaan gardu

ts adalah lamanya arus shock

Igt adalah arus gangguan tanah

3.3 Data-Data Perhitungan

Dalam melakukan perhitungan pada penelitian ini dibutuhkan data data

lapangan. Data ini didapatkan dalam dalam kuliah kerja praktek dilokasi gardu

induk Tanjung Sengkuang PT PLN Batam. Berikut data-data yang dibutuhkan

dalam perhitungan ini.

- Resistivitas lapisan permukaan tanah (ρs) : 5000 Ω-m (berdasarkan harga

resistivitas kerikil sungai)

Jarak antara konduktor 10 X 10 meter

Material Yang Digunakan

Luas penampang konduktor 185 mm2 (diameter 0,0176 m)

Panjang konduktor 2525 m (belum termasuk yang ke peralatan)

Jumlah rod 20 batang

Panjang rod 3 m

Total panjang rod 60 m (diameter 0,019)

Total panjang pentanahan : L=2585 m

Luas penampang konduktor minimum yang digunakan

Arus gangguan maksimum Ig 20000 ampere

Faktor kapasitansi panas konduktor TCAP 3,422 J/cm3/0C

Koefisien panas resistivitas α.R 0,00381 0C

50

Temperature maksimum konduktor Tm 52 0C

Temperatur sekitar Ta 40 0C

Konstanta (1/ α.R) Ko 242

Resistivitas konduktor pentanahan ρr 1,7774 μ Ω/cm

Lamanya arus gangguan ts 0,5 detik

Temperature referensi Tr 20 0C

Diperoleh luas penampang minimum A = 62.2154 mm2

Konduktor yang digunakan harus lebih besar dari harga minimum diatas (poin

5.1) dan juga dengan mempertimbangkan kekuatan mekanis dan perkembangan

yang akan datang, maka:

- Dipilih luas penampang A = 185 mm2

- Diameter d = 0.01755 meter

Kedalaman pemasangan konduktor h 0,75 meter

Luas lokasi grid A 14798 meter2

A = Laa X Lbb

Total panjang pentanahan L 2585 meter

L = Lk + Lr

Panjang grid La = 100 meter

Lebar grid Lb = 80 meter

51

Jumlah parallel Na = 9

Nb = 11

Jarak antara parallel Da = 10 meter

Db = 10 meter

Jumlah rod Nr = 20 batang

Panjang rod hr = 3 meter

Total panjang rod Lr = 60 meter

Panjang konduktor pentanahan

Lk = (NaXLb + NbXLa) + 4(La1 + La2) + Laa + 2Lbb + 5Lbl + Lr + ke

pagar

= 2525 meter (belum termasuk ke peralatan)

Dengan asumsi arus gangguan tanah yang lewat ke dalam overhead earth wire

adalah 50%, maka :

Igt = 20000 X ( 1 – 0,5 ) = 10000 ampere

Kii = 1, untuk grid dengan ground rod sepanjang garis keliling ,

atau untuk grid dengan groung rod pada sudut grid praktis

sepanjang garis sekeliling yang melalui daerah grid

Kh = √1+h/ho 1,3229

ho = kedalaman referensi rod 1 meter

h = kedalaman konduktor rod 0,75 meter

52

n = jumlah paralel konduktor grid 11

D = 1/n : jarak rata-rata antara paralel konduktor 10 meter

d = diameter dari konduktor grid 0,01755 meter

LK = panjang konduktor pentanahan 2525 meter

Lr = total panjang rod 60 meter

Km = 0,7528

Dan

Ki = 0,656 + 0,172 x n

Ki = 2,549

Dan n, h dan D adalah sama dengan poin 5.5.1

Ki = 2,549

Ks = 0,2736

3.4 SISTEM PENELITIAN

Penelitian dilakukan dengan menggunakan software ETAP PowerStation

4.0.0

53

BAB IV

HASIL DAN ANALISA

Dari data perubahan resistivitas tanah terhadap penambahan air garam dan

arang, maka dilakukan perhitungan-perhitungan berupa tahanan pentanahan

sistem grid, faktor reduksi permukaan gardu induk, tegangan sentuh toleransi,

tegangan langkah toleransi, tegangan mesh, dan tegangan langkah sebenarnya.

Berikut adalah data perlakuaan fisik terhadap tanah kering dan perubahan nilai

resistivitas dari tanah tersebut.

Konsentrat tanah Tahanan jenis tanah (Ohm – cm)

Tanah kering 1000

Tanah kering + 2,5% air 780

54

Tanah kering + 5% air 544

Tanah kering + 7,5% air 360


Tanah kering + 12,5 % air 208


Tanah kering + 2,5% arang 1000

Tanah kering + 5% arang 1000





Tanah kering + 2,5% garam + 5% air 90

Tanah kering + 5% garam + 5% air 19





Tabel 4.1 konsentrat tanah dan tahanan jenis tanah

55

Gambar 4.1 Grafik Tahanan Jenis Tanah VS Kondisi Fisik Tanah

4.1 Hasil

4.1.1 Resistansi Tanah

Konsentrat tanah Rg (Ω)Tanah kering 5.696

Tanah + 2,5% air 4.443Tanah + 5% air 3.099

Tanah + 7,5% air 2.051Tanah + 10% air 2.005Tanah + 12, % air 1.185Tanah + 15% air 0.706

Tanah + 2,5% arang 5.696Tanah + 5% arang 5.696


56


Tanah + 2,5% garam + 5% air 0.513Tanah + 5% garam + 5% air 0.108



Tabel 4.2 Tahanan Tanah

4.1.2 Faktor Reduksi Permukaan

Konsentrat tanah CsTanah kering 0.751724138









Tabel 4.3 Faktor reduksi permukaan gardu induk

4.1.3 Tegangan Sentuh Toleransi

Konsentrat tanah Vt(V)Tanah kering 1473.829979


Tanah + 7,5% air 1407.679896

57

Tanah + 10% air 1406.85302Tanah + 12, % air 1391.969251Tanah + 15% air 1383.287053







Tabel 4.4 Tegangan sentuh toleransi

4.1.4 Tegangan Langkah Toleransi

Konsentrat tanah Vl(V)Tanah kering 5229.225328







Tanah + 7,5% garam + 5% air 4820.335126

58

Tanah + 10% garam + 5% air 4819.094812Tanah + 12,5% garam + 5% air 4817.441058Tanah + 15% garam + 5% air 4817.02762

Tabel 4.5 Tegangan langkah toleransi

4.1.5 Tegangan Mesh

Konsentrat tanah VmTanah kering 1778.5


Tanah + 7,5% air 640.3Tanah + 10% air 626Tanah + 12, % air 369.9Tanah + 15% air 220.5







Tabel 4.6 Tegangan mesh

4.1.6 Tegangan Langkah Sebenarnya

Konsentrat tanah Vls (V)Tanah kering 835.8




59






Tabel 4.7 Tegangan langkah sebenarnya

4.1.7 Ground Potential Rise

Konsentrat tanah GPR(V)

Tanah kering 11423.1

Tanah + 2,5% air 8910

Tanah + 5% air 6214.2

Tanah + 7,5% air 4112.3

Tanah + 10% air 4020.9

Tanah + 12, % air 2376

Tanah + 15% air 1416.5

Tanah + 2,5% arang 11423.1

Tanah + 5% arang 11423.1

Tanah + 7,5% arang 11194.7


Tanah + 12,5% arang 11423.1


Tanah + 2,5% garam + 5% air 1028.1

Tanah + 5% garam + 5% air 217

Tanah + 7,5% garam + 5% air 125.7

Tanah + 10% garam + 5% air 91.4

Tanah + 12,5% garam + 5% air 45.7

Tanah + 15% garam + 5% air 34.3

4.2 Analisa

4.2.1 Perubahan Resistivitas Tanah Terhadap Perlakuan Fisik Tanah

60

Dari tabel dapat dilihat bahwa nilai resistifitas tanah pada saat tanah dalam

kondisi kering adalah 1000 Ω-m. Penambahan volume air 2,5%-15% kedalam

fisik tanah kering dapat mempengaruhi perubahan nilai resistivitas tanah tersebut.

Semakin banyak volume air yang ditambahkan kedalam tanah maka nilai

resistivitas tanah akan semakin menurun. Penambahan arang 2,5%-15% pada

tanah kering tidak memeperlihatkan perubahan yang berarti pada nilai resistivitas

tanah tersebut. Penambahan garam beserta air pada tanaha kering memperlihatkan

perubahan yang sangat besar pada nilai dari resistifitas tanah, dimana nilai

resistivitas tanah jauh menurun dibandingkan dengan nilai resistivitas tanah

kering.

Hal ini dapat terjadi karena air merupakan zat elektrolit yaitu cairan yang

dapat menghantarkan arus listrik yang baik dimana air memiliki unsur kimia H2O.

Garam memiliki unsur kimia NaCl, larutan garam juga merupakan larutan

elektrolit dimana ion-ion yang menyusun unsur-unsur ini sangat baik dalam

mengalirkan arus listrik. Dengan penambahan air dan garam pada fisik tanah,

akan menyebabkan kemampuan tanah dalam menghantarkan arus listrik akan

menjadi lebih baik dan seterusnya akan menurunkan nilai resistifitas tanah itu

sendiri. Selain air, garam dan arang, ada beberapa bahan yang dapat digunakan

untuk menurunkan nilai tahanan jenis tanah yaitu bentonite, marcionite, gypsum.

Penggunaan langsung sodium klorida, magnesium, tembaga sulfat, untuk

meningkatkan konduktifitas tanah secara langsung.

4.2.2 Tahanan Tanah

61

Pada sistem pentanahan grid ada beberapa faktor yang mempengaruhi nilai

tahanan tanah itu sendiri yaitu luas area lokasi grid, kedalaman pemasangan

konduktor dan nilai dari resistivitas tanah. Dari persamaan tahanan pentanahan

sistem grid dapat dilihat bahwa nilai resistivitas tanah sebanding dengan nilai

tahanan pentanahan sisitem grid. Dari hasil perhitungan dapat dilihat hal tersebut.

Perubahan resistivitas tanah menyebabkan perubahan nilai tahanan pentanahan

sistem grid. Semakin kecil nilai resistivitas tanah maka semakin turun nilai

tahanan pentanahan sistem grid. Dalam hal ini, nilai yang baik dari suatu tahanan

pentanahan sistem grid adalah kecil dari 1 Ω (Rg<1Ω).

Dari hasil pengukuran dapat dilihat bahwa kondisi tanah dengan tahanan

jenis 124 Ω-m, 90 Ω-m, 19 Ω-m, 11 Ω-m, 8 Ω-m, 4 Ω-m, dan 3 Ω-m

menghasikan tahanan pentanahan sistem grid dibawah 1 Ω yaitu 0.706 Ω, 0.513

Ω, 0.108 Ω, 0.063 Ω, 0.046 Ω, 0.023 Ω, 0.017 Ω. Jadi untuk mendapatkan tahanan

pentanahan sistem grid yang baik maka diperlukan perlakuan fisik pada tanah

dengan menambahkan air sebanyak 12,5% atau lebih, dan juga bisa dengan

menambahkan larutan garam dengan kombinasi 2,5% garam + 5% air, 5% garam

+ 5% air, 7,5% garam + 5% air, 10% garam + 5% air, 12,5% garam + 5% air, dan

15% garam + 5% air. Akan tetapi pada penambahan larutan garam 7,5% - 15%

selisih penurunan tidak terlalu besar.

62

Gambar 4.2 Grafik Tahanan Jenis Tanah

4.2.3 Faktor Reduksi Permukaan Gardu Induk

Faktor reduksi permukaan akan dipengaruhi oleh nilai resistivitas tanah,

resistivitas lapisan permukaan gardu dan ketebalan permukaan material gardu.

Semakin kecil nilai resistivitas tanah maka semakin kecil pula faktor reduksi

permukaan gardu. Nilai faktor reduksi permukaaan tanah ini akan mempengaruhi

besarnya nilai tegangan langkah toleransi dan tegangan sentuh toleransi. Semakin

besar nilai faktor reduksi permukaan gardu, maka semakin besar pula nilai

tegangan langkah toleransi dan tegangan sentuh toleransi yang akan didapatkan.

Dapat pula kita artikan bahwa semakin besar nilai resistifitas lapisan permukaan

gardu maka semakin kecil pula tegangan langkah toleransi dan tegengan sentuh

toleransi yang akan didapatkan. Dalam penilitian ini, material yang digunakan

untuk lapisan permukaan gardu induk adalah kerikil dengan nilai tahanan jenisnya

5000 Ω-m. Pemberian material kerikil setebal 10 cm selain berfungsi untuk

meningkatkan faktor reduksi permukaan gardu, juga sebagai penyerap air hujan

63

sehingga ketika hujan turun akan membentu mempercepat penyerapan air

kedalam tanah, mempertahankan persentase kelembapan tanah.

Dari hasil perhitungan dapat kita lihat bahwa semakin banyak persentase

air dan air + garam, maka semakin kecil nilai faktor reduksi permukaan gardu

induk.

Gambar 4.3 Grafik Faktor Reduksi Permukaan

4.2.4 Tegangan Sentuh Toleransi

Nilai tegangan sentuh toleransi akan dipengaruhi oleh beberapa faktor

diantaranya faktor reduksi permukaan gardu, nilai resistivitas lapisan permukaan

gardu, dan lamanya arus shock terjadi. Semakin besar faktor reduksi permukaan

gardu dan nilai resisivitas lapisan permukaan, maka akan semakin besar tegangan

sentuh toleransi. Dari hasil perhitungan yang dilakukan, didapatkan bahwa

semakin kecil faktor reduksi permukaan gardu maka semakin kecil pula nilai

tegangan sentuh toleransi yang didapatkan.

64

Gambar 4.4 Grafik Tegangan Sentuh Toleransi

4.2.5 Tegangan Langkah Toleransi

Tegangan langkah toleransi juga dipengaruhi oleh faktor yang sama

dengan yang mempengaruhi tegangan sentuh toleransi, yaitu faktor reduksi

permukaan gardu, nilai resistifitas lapisan permukaan gardu dan lamanya arus

shock. Namun yang membedakan adalah konstanta pengali dari faktor reduksi

permukaan. Sama halnya dengan tegangan sentuh toleransi, tegangan langkah

toleransi akan menurun ketika faktor reduksi permukaan gardu juga menurun.

65

Gambar 4.5 Grafik Tegangan Langkah Toleransi

4.2.6 Tegangan Mesh

Tegangan mesh adalah tegangan sentuh masimum dengan adanya mesh

pada grounding grid. Beberapa faktor yang mempengaruhi nilai tegangan mesh

diantaranya adalah resistivitas tanah (ρ), faktor geomitri (Km), faktor korektif

(Ki), dan rata-rata arus perunit dari panjang efektif konduktor sistem pentanahan

yeng terkubur (Ig/Lm). Maka semakin besar resistivitas tanah, akan semakin besar

pula nilai tegangan mesh yang didapatkan. Untuk mendapatkan sistem pentanahan

gardu induk dengan grid yang baik maka diperlukan syarat tegangan mesh harus

lebih kecil dari teganagn sentuh toleransi (Vm≤Vt). Maka dari hasil perhitungan

didapatkan syarat tersebut akan terpenuhi pada saat nilai resistivitas tanah sebesar

124, 90, 19,11 8,4,3 ohm-m.

66

Gambar 4.6 Grafik Tegangan Mesh

4.2.7 Tegangan Langkah Sebenarnya

Faktor yang mempengaruhi nilai tegnagn langkah sebenarnya adalah

resistivitas tanah (ρ), faktor geomitri (Ks), faktor korektif (Ki), dan rata-rata arus

perunit dari panjang efektif konduktor sistem pentanahan yeng terkubur (Ig/Ls).

Sama halnya dengan tegangan mesh. Semakin besar resisitivitas tanah maka

semakin besar pula tegangan langkah sebenarnya yang didapatkan. Syarat untuk

mendapatkan sistem pentanahan gardu induk yang baik adalah tegangan langkah

sebenarnya harus lebih kecil dari tegangan langkah toleransi (Vls≤Vl). Dari hasil

perhitungan didapatkan syarat yang terpenuhi adalah pada saat nilai resistivitas

tanah sebesar 124, 90, 19,11 8,4,3 ohm-m.

67

Gambar 4.7 Grafik Tegangan Langkah Sebenarnya

4.2.8 Efek Perubahan Tahanan Jenis Tanah

4.2.8.1 Resistivitas Tanah 1000 Ω-m

Pada tahanan jenis tanah 1000 Ω-m, dan atau penambahan arang 2,5%,

5%, 10%, 12,5% dan 15% kita dapatkan resistansi tanah sebesar 5,696 Ω, yang

mana standar kelayakan resistansi tanah untuk gardu (Rg) dibawah 1 Ω. Dan

pembangkitan tegangan tanah (GPR) sebesar 11423.1 V. Tegangan sentuh

toleransi (VT) 1,473.8 V, tegangan mesh (VM) 1778,5 V. Dari hasil perhitungan

juga didapatkan tegangan langkah toleransi (VL) 5229.2 V, dan tegangan

langkah sebenarnya (VLS) 835,8 V, jadi nilai ini sudah memenuhi syarat

VLs<VL. Jika dibandingkankan antara GPR dengan tegangan sentuh toleransi

maka didapatkan GPR>VT, dan jika kita bandingkan antara tegangan mesh

dengan tegangan sentuh toleransi maka akan didapatkan VM>VT.

Dari hasil perbandingan diatas, maka resistivitas tanah 1000 Ω-m sangat

tidak baik karena nilai tegangan mesh melebihi dari nilai tegangan sentuh

68

toleransi, dan nilai tegangan GPR juga lebih besar dari nilai tegangan sentuh

toleransi. Nilai GPR yang sangat tinggi ini dapat sangat membahayakan bagi

keselamatan baik manusia, alat-alat elektronik, maupun instalasi komunikasi dan

radio yang berada dekat dengan daerah gardu induk tersebut.


Untuk penambahan volume air 2,5% pada tanah kering didapatkan

resistifitas tanah 780 Ω-m, nilai resistansi tanah sebesar (Rg) 4,443 Ω. Dengan

nilai tersebut masih terlalu tinggi dari syarat maksimal resistansi tanah gardu

induk. Nilai tegangan GPR yang didapatkan sebesar 8910 V. Untuk nilai tegangan

sentuh toleransi (VT) didapatkan 1451,1 V, dan tegangan mesh (VM) 1387,2 V.

Untuk nilai tegangan langkah toleransi didapatkan (VL) 5138,3 V, dan tegangan

langkah sebenarnya (VLs) 651,9 V. Dari hasil tersebut maka didapatkan nilai

pembangkitan tegangan tanah lebih besar dari tegangan sentuh toleransi

(GPR>VT), tegangan langkah toleransi lebih besar dari tegangan langkah

sebenarnya (VL>VLs), dan tegangan sentuh toleransi lebih besar dari tegangan

mesh (VT>VM). Dengan demikian maka sistem ini belum memenuhi syarat,

karena nilai GPR masih besar dari nilai VT.


Pada penambahan air sebanyak 5% pada tanah kering didapatkan nilai

resisitifitas tanah menjadi 544 Ω-m. Dengan nilai resisitivitas tersebut, nilai

resistansi tanah berubah menjadi 3,099 Ω. Nilai GPR didapatkan 6214.2 V, nilai

tegangan sentuh toleransi (VT) 1426,7 V, nilai tegangan mesh (VM) 967,5 V,

69

nilai tegangan langkah toleransi (VL) 5040,7 V, dan nilai tegangan langkah

sebenarnya (VLS) 454,7 V.

Dari hasil tersebut terlihat bahwa tegangan GPR lebih besar dari tegangan

sentuh toleransi (GPR>VT). Tegangan langkah sebenarnya lebih kecil dari

tegangan langkah toleransi (VLs<VL), dan tegangan mesh lebih kecil dari

tegnagn sentuh toleransi (VM<VT). Karena nilai GPR yang masih tinggi dari nilai

tegangan sentuh toleransi, maka nilai resistivitas tanah ini masih sangat tinggi dan

belum aman untuk keselamatan dalam garduinduk maupun luar gardu induk.


Pada penambahan air sebanyak 7,5% pada tanah kering didapatkan nilai


resistansi tanah berubah menjadi 2,051 Ω. Nilai GPR didapatkan 4112,3 V, nilai




Dari perbandingan diatas terlihat bahwa pembangkitan tegangan tanah lebih

besar dari tegangan sentuh toleransi (GPR>VT). Tegangan langkah sebenarnya

lebih kecil dari tegangan langkah toleransi (VLs<VL), dan tegangan mesh lebih

kecil dari tegangan sentuh toleransi (VM<VT). Melihat hasil perbandingan ini,

maka resistivitas tanah 360 Ω-m masih dapat membahayakan keselamatan

peralatan dan makhluk hidup dilingkungan gardu induk tersebut.

70








Terlihat bahwa tegangan GPR lebih besar dari tegangan sentuh toleransi

(GPR>VT). Tegangan langkah sebenarnya lebih kecil dari tegangan langkah

toleransi (VLs<VL), dan tegangan mesh lebih kecil dari tegangan sentuh

toleransi (VM<VT). Dari hasil tersebut maka nilai resistivitas 352 Ω-m masih

belum memenuhi syarat keselamatan dalam lingkungan gardu induk dan perlu

penambahan volume air lagi.


Pada penambahan air sebanyak 12,5% pada tanah kering didapatkan nilai


resistansi tanah berubah menjadi 1,185 Ω. Nilai GPR didapatkan 2376 V, nilai







71

tegangn sentuh toleransi (VM<VT). Untuk perbandingan antara VM dan VT serta

VLs VL sudah dapat memenuhi syarat. Namun nilai resistansi yang masih tinggi

dari 1 Ω belum memenuhi syarat dan nilai GPR masih lebih besar dari nilai VT,

sehingga kondisi ini masih berbahaya dan perlu penambahan volume air lagi.











tegnagn sentuh toleransi (VM<VT).


Pada penambahan arang sebanyak 7,5% pada tanah kering didapatkan nilai






72


sentuh toleransi (GPR>VT),. Tegangan langkah sebenarnya lebih kecil dari


tegnagn sentuh toleransi (VM>VT). Nilai resistansi yang masih tinggi dari 1 Ω

belum memenuhi syarat. Nilai GPR yang sangat besar sangat membahayakan bagi

peralatan dan keselamatan makhluk hidup di sekitar lingkungan gardu induk.


Pada penambahan air sebanyak 5% + 2,5% garam pada tanah kering

didapatkan nilai resisitifitas tanah menjadi 90 Ω-m. Dengan nilai resisitivitas

tersebut, nilai resistansi tanah berubah menjadi 0,513 Ω. Nilai GPR didapatkan

1028,1 V, nilai tegangan sentuh toleransi (VT) 1383,3 V, nilai tegangan mesh

(VM) 220,5 V, nilai tegangan langkah toleransi (VL) 4853,0 V, dan nilai tegangan

langkah sebenarnya (VLS) 75,2 V.

Dari hasil tersebut terlihat bahwa tegangan GPR lebih kecil dari tegangan

sentuh toleransi (GPR<VT). Tegangan langkah sebenarnya lebih kecil dari


tegnagn sentuh toleransi (VM<VT). Untuk hal ini sudah dapat memenuhi syarat.

Nilai resistansi sudah lebih kecil dari 1 Ω, jadi sudah bisa memenuhi syarat.


Pada penambahan air sebanyak 5% + 5% garam pada tanah kering didapatkan

nilai resisitifitas tanah menjadi 19 Ω-m. Dengan nilai resisitivitas tersebut, nilai


73

tegangan sentuh toleransi (VT) 1372,4 V, nilai tegangan mesh (VM) 33,8 V, nilai

tegangan langkah toleransi (VL) 4823,6 V, dan nilai tegangan langkah sebenarnya

(VLS) 15,9 V.


sentuh toleransi (GPR<VT), sehingga system pentanahan grid ini sudah bisa

dipakai. Tegangan langkah sebenarnya lebih kecil dari tegangan langkah toleransi

(VLs<VL), dan tegangan mesh lebih kecil dari tegnagn sentuh toleransi

(VM<VT). Untuk hal ini sudah dapat memenuhi syarat. Nilai resistansi sudah

lebih kecil dari 1 Ω, jadi sudah bisa memenuhi syarat.





125,7 V, nilai tegangan sentuh toleransi (VT) 1371,6 V, nilai tegangan mesh

(VM) 19,6 V, nilai tegangan langkah toleransi (VL) 4820,3 V, dan nilai tegangan








74


Pada penambahan air sebanyak 5% + 10% garam pada tanah kering



91,4 V, nilai tegangan sentuh toleransi (VT) 1371,3 V, nilai tegangan mesh (VM)

14,2 V, nilai tegangan langkah toleransi (VL) 4819,1V, dan nilai tegangan













7,1 V, nilai tegangan langkah toleransi (VL) 4817,4V, dan nilai tegangan langkah





75





Pada penambahan air sebanyak 5% + 15% garam pada tanah kering




5,3 V, nilai tegangan langkah toleransi (VL) 4817,0 V, dan nilai tegangan langkah





(VLs<VL), dan tegangan mesh lebih kecil dari tegangan sentuh toleransi



Dari hasil secara keseluruhan maka dapat dikatakan bahwa system grounding

grid yang baik memiliki nilai resistivitas antara 90 Ω-m sampai 0 Ω-m. Hal bisa

terjadi karena persyaratan (GPR<VT), (VLs<VL), (VM<VT), dan Rg<Rmax

dapat terpenuhi. Sementara untuk nilai resistivitas 1000 Ω-m sampai 100 Ω-m

tidak memenuhi syarat tersebut diatas.

76

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Pada penambahan air sebanyak 2,5% - 15%, terjadi penurunan nilai resisitifitas

tanah yang sangat tajam, yaitu dari 780 Ω-m pada penambahan 2,5% air menjadi

124 Ω-m pada penambahan 15% air. Hal ini dapat terjadi karena air adalah zat

elektrolit yang baik. Sehingga akan berdampak baik kepada kinerja dari

grounding grid pada suatu gardu induk.

2. Pada penambahan arang sebanyak 2,5% - 15%, tidak terlihat adanya perubahan

nilai resistifitas tanah yang sangat mencolok. Terlihat penurunan nilai resistifitas

tanah hanya mencapai 980 Ω-m pada penambahan arang 7,5%. Sehingga dapat

dikatakan zat arang tidak baik dalam perbaikan kondisi kinerja grounding grid.

3. Pada penambahan air 5% dan garam sebanyak 2,5% - 15%, terlihat penurunan

nilai resistifitas tanah yang sangat signifikan, yaitu 90 Ω-m pada penambahan 5%

air + 2,5 % garam sampai menjadi 3 Ω-m pada penambahan 2,5 % air + 15 %

garam. Hal ini dikarenakan air dan garam memiliki ion-ion penghantar yang baik.

4. Didapatkan hasil yang baik untuk kinerja grounding grid pada perlakuan tanah

kering dengan penambahan air 15%, air 5% + garam 2,5%, air 5% + garam 5%,

air 5% + garam 7,5%, air 5% + garam 10%, air 5% + garam 12,5%, dan air 5% +

garam 15%.

77

5.2 Saran

1. Penggunaan jenis tanah yang berbeda bisa didapatkan hasil yang berbeda

2. Penggunaan jenis konduktor dan rod yang difariasikan dapat dilakukan untuk

mendapatkan system ground grid yang lebih baik.

3. Penambahan sodium klorida, magnesium, dan kalsium klorida dapat dilakukan

untuk menambahkan konduktifitas tanah.

4. penggunaan bentonit dapat dilakukan untuk menurunkan nilai resistifitas tanah.

78

Pengaruh an Air Garam Dan Arang Pada Kinerja Sistem Grounding Gardu Induk2

Documents

Transcript of Pengaruh an Air Garam Dan Arang Pada Kinerja Sistem Grounding Gardu Induk2