pentanahan kopesera revisi 1

PENDAHULUAN

SISTEM PEMBUMIAN (PENTANAHAN)

A. DEFINISI – DEFINISI SISTEM PEMBUMIAN :

Sesuai dengan PUIL 2000 (Peraturan Umum Instalasi Listrik 2000) terdapat

beberapa definisi yang perlu diperhatikan, yaitu :

- Bumi (Earth) adalah massa konduktif bumi yang potensial listriknya

di setiap titik manapun menurut konvensi, sama dengan nol.

- Elektrode Bumi (Earth Electrode) adalah bagian konduktif atau kelompok

bagian konduktif yang membuat kontak langsung dan memberikan hubungan

listrik dengan bumi.

- Gangguan Bumi (Earth Fault) merupakan :

1). Kegagalan isolasi antara penghantar dan bumi atau ke-rangka

2). Gangguan yang disebabkan oleh penghantar yang terhubung ke bumi atau

karena resistansi isolasi ke bumi menjadi lebih kecil dari pada nilai

tertentu.

- Isolasi (Insulation ) adalah :

1). (Sebagai bahan) merupakan segala jenis bahan yang dipakai untuk

menyekat sesuatu.

2). (Pada kabel) merupakan bahan yang dipakai untuk menyekat penghantar

dari penghantar lain dan dari selubungnya, jika ada.

- Elektrode Batang adalah elektrode dari pipa logam, baja profil atau batang

logam lainnya yang dipancangkan ke bumi.

- Pembumian (Earthing) adalah penghubungan suatu titik sirkit listrik atau

suatu penghantar yang bukan bagian dari sirkit listrik dengan bumi menurut

cara tertentu.

- Penghantar pembumian (Earthing Conductor) adalah :

1). Penghantar berimpedasi rendah yang dihubungkan ke bumi.

2). Penghantar proteksi yang menghubungkan terminal pembumian utama atau

batang ke elektrode bumi.

- Rel pembumian adalah batang penghantar tempat menghubungkan

beberapa penghantar pembumian.

PETUGAS DINAS GANGGUAN UPPTR PT. PLN (PERSERO) AREA PELAYANAN MALANG CV.KOPESERA ENGGINEERING Halaman 1 dari 32

A-1. JENIS TANAH :

Jenis tanah menurut PUIL 2000 dibagi atas

1). Tanah rawa,

2). Tanah liat dan tanah ladang,

3). Pasir basah,

4). Krikil basah,

5). Pasir dan kerikil kering ,

6). Tanah berbatu.

A-2. TAHANAN JENIS (RHO) TANAH :

Masing – masing jenis tanah mempunyai nilai tahanan jenis tanah yang

berbeda-beda dan bergantung dari jenis tanahnya, dapat dilihat dalam tabel dibawah

ini, merupakan nilai tipikal.

A-3. TAHANAN PEMBUMIAN :

Tahanan pembumian dari elektrode bumi, tergantung pada jenis tanah dan

keadaan tanah serta ukuran dan susunan elektrode.


Dari Tabel Tahanan Pembumian pada tahanan jenis (rho-1) = 100 ohm- meter

dibawah ini, menunjukkan nilai rata – rata tahanan elektrode bumi, untuk panjang

tertentu.

Untuk tahanan jenis pembumian yang lain (rho) , maka besar tahanan

pembumiannya merupakan perkalian nilai dalam tabel dengan : Rho / rho-1 atau

Rho / 100

B. PERENCANAAN PEMASANGAN SISTEM PEMBUMIAN :

B-1. TUJUAN PEMBUMIAN PERALATAN :

Pembumian peralatan adalah pembumian bagian dari peralatan yang pada kerja

normal, tidak dilalui arus.

Tujuan pembumian peralatan adalah :

1). Untuk membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dilalui

arus dan antara bagian-bagian ini dengan bumi sampai pada suatu harga yang

aman (tidak membahayakan) untuk semua kondisi operasi normal.

2). Untuk memperoleh impedansi yang kecil / rendah dari jalan balik arus hubung

singkat ke tanah.

Kecelakaan pada personil, timbul pada saat hubung singkat ke tanah

terjadi. Jadi, bila arus hubung singkat ke tanah itu dipaksakan mengalir melalui

impedansi tanah yang tinggi, akan menimbulkan perbedaan potensial yang

besar dan berbahaya. Juga, impedansi yang besar pada sambungan-


sambungan pada rangkaian pembumian dapat menimbulkan busur listrik dan

pemanasan yang besarnya cukup menyalakan material yang mudah terbakar.

B-2. PEMASANGAN & SUSUNAN ELEKTRODE BUMI :

Untuk memilih macam elektrode bumi yang akan dipakai, harus diperhatikan

terlebih dahulu kondisi setempat, sifat tanah dan tahanan pembumianyang diijinkan.

Permukaan elektrode bumi harus berhubungan baik dengan tanah sekitarnya.

Batu dan kerikil yang langsung mengenai elektrode bumi, akan memperbesar

tahanan pembumian.

Pengaruh kelembaban lapisan tanah terhadap tahanan

pembumian,agardiperhatikan. Panjang elektrode bumi, agar disesuaikan dengan

tahanan pembumian yang dibutuhkan.

Elektrode batang, dimasukkan tegak lurus ke dalam tanah dan panjang disesuaikan

dengan tahanan pembumian yang diperlukan. Tahanan pembumiannya sebagian

besar tergantung pada panjangnya dan sedikit bergantung pada ukuran

penampangnya. Jika beberapa elektrode diperlukan untuk memperoleh tahanan

pembumian yang rendah, maka jarak antara elektrode tersebut minimum harus dua

kali panjangnya. Jika elektrode tersebut tidak bekerja efektif pada seluruh

panjangnya, maka jarak minimum antara elektrode, harus dua kali panjang efektifnya.

Penghantar bumi harus dipasang sambungan yang dapat dilepas untuk

keperluan pengujian tahanan pembumian, pada tempat yang mudah dicapai dan

sedapat mungkin memanfatkan sambungan yang karena susunan

instalasinya memang harus ada.

Sambungan penghantar bumi dengan elektrode bumi, harus kuat secara

mekanis dan menjamin hubungan listrik dengan baik, misalnya dengan

menggunakan las, klem atau baut kunci yang tidak mudah lepas. Klem pada

elektrode pipa, harus menggunakan baut dengan diameter minimal 10 mm.


C. ALAT UKUR & PEMELIHARAAN TAHANAN PEMBUMIAN :

C-1. ALAT UKUR TAHANAN PEMBUMIAN :

Untuk mengukur nilai tahanan pembumian dengan cara :

1). Memakai model empat terminal [Metode Wenner] dengan generator

putar .tangan (DC).

Pengukuran tahanan pembumian dengan menyambungkan terminal C1 ke E yang

akan diukur, terminal P2 ke P dan terminal C2 ke R. Jarak E – P – R di

buat berjarak sama pada satu garis lurus. Meter akan memberikan pembacaan

langsung dalam tahanan dan tahanan pembumian dihitung dengan rumus :

Rho = 2 . phi . a . R [ohm-m]

dimana :


Rho : resistivitas tanah ( ohm-m ) , Phi : 3,14

a : jarak antara electrode ( meter )

R : tahanan ( ohm )

2). Memakai Earth Tester (analog) berdasarkan harga potensial.

E (elektrode tanah) yang akan diukur dan elektrode bantu P serta elektrode bantu

R diletakkan pada satu garis lurus dengan elektrode E . Volt meter akan menunjuk

pada potensial E - P. Menurut hokum Ohm, beda potensial akan berbanding

langsung dengan tahanan pembumian.

Terlihat bahwa tahanan membesar dengan kedudukan P semakin jauh dari E, dan

kenaikan tersebut dengan cepat berkurang dan bahkan pada jarak tertentu dari E,

kenaikan dapat diabaikan karena sangant kecil.

Persyaratan yang harus diperhatikan adalah :

a). Elektrode R harus cukup jauh dari elekrode E ,sehingga daerah tahanan tidak

saling menutup (over lap).

b). Elektrode P harus ditempatkan di luar dua daerah tahanan, dalam hal ini

ditempatkan pada daerah datar dari kurva.

c). Elektode P harus terletak diantara elektrode – elektrode R dan E, pada

garis penghubungnya.


3) Memakai Tang Ground Tester Digital.

1. Jenis-jenis Elektroda Pentanahan.

Elektroda pentanahan yang ditanam biasanya berasal dari bahan tembaga, plat

besi maupun baja yang digalvanis agar elektrodanya tidak mudah korosi. Bahan ini

harus kuat dan tahan pengaruh kimiawi, perubahan iklim dan tahan lama. Elektroda

pentanahan dapat dibagi menjadi dua macam, yaitu :

1). Elektroda Pita

Elektroda pita adalah elektroda-elektroda berbentuk pita ditanam di dalam tanah

dibuat dari hantaran yang dipilin. Elektroda pentanahan ini berbentuk radial, lingkaran

atau suatu kombinasi dari bentuk-bentuk tersebut

2). Elektroda Plat

Elektroda ini dibuat dari plat logam yang biasanya ditanam tegak lurus (driven

ground) atau secara sejajar (Counter Ground). Pemakaian beberapa plat yang

dihubungkan pararel untuk memperoleh tahanan pentanahan yang lebih rendah,

jarak antara plat-plat ini harus sekurang-kurangnya 3 meter. Untuk mencapai tahanan


pentanahan yang sama elektroda-elektroda plat diperlukan banyak bahan

dibandingkan elektroda pita atau batang.

3). Elektroda Batang

Elektroda batang dibuat dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan

tegak lurus ke dalam tanah. Biasanya digunkan dari bahan tembaga, baja than karat

(Stainless Steel) atau baja yang digalvaniskan (Galvanized Steel). Perlu

diperhatikandalam pemilihan bahan agar dihindarkan kopeling galvani (galvani

couple) yang dapat menyebabkan korosi. Elektroda batang ini mampu melepaskan

arus pelepasan dari petir maupun untuk keperluan pemakaian pentanahan yang lain.

1. Sifat-sifat elektroda tanah

Hambatan arus melewati sistem elektroda tanah mempunyai tiga komponen, yaitu :

1). Tahanan pasak atau elektroda dan sambungan-sambungannya.

2). Tahanan kontak antara pasak atau elektroda dengan tanah sekitar.

3). Tahanan tanah disekelilingnya.

Elektroda-elektroda tanah, batang-batang logam, struktur dan peralatan lain biasa

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

penampangnya sedemikian sehingga tahanan dapat diabaikan terhadap tahanan

keseluruhan sistem pentanahan.

Lapisan tanah terdekat dengan elektroda dengan sendirinya memiliki

permukaan sempit, sehingga memberikan tahanan terbesar. Lapisan berikutnya,

karena lebih luas memberikan tahanan yang lebih kecil. Sehingga pada suatu jarak

tertentu dari elektroda lapisan tanah sudah tidak menambah besarnya tahanan

tanah sekeliling elektroda.

Untuk menghitung besarnya tahanan pentanahan satu elektroda dengan

pemakaian rumus sebagai berikut :

R = ( ln 4L /a – 1)

2L

Di mana :

= Tahanan jenis tanah (ohm meter)

L = Panjang elektroda batang (meter)

a = Jari-jari penampang elektroda (mm)

R = Tahanan elektroda ke tanah (ohm)

Pengaruh ukuran elektroda terhadap tahanan, apabila elektroda ditanam lebih

dalam ke tanah maka tahanan akan berkurang. Secara umum dapat dikatakan


bahwa dua kali lipat lebih dalam tahanan berkurang 40 % . Bertambahnya diameter

elektroda secara material tidak akan mengurangi tahanan.

Bila tahanan pentanahan yang dikehendaki tidak dapat dicapai oleh elektroda

batang tunggal maka dua elektroda atau lebih dapat dipergunakan. Beberapa

konfigurasi pemasangan elektroda batang lebih dari satu adalah sebgai berikut :

1). Konfigurasi “Double straight” 2). Konfigurasi “Triple straight”

L L L

3). Konfigurasi “Tri angle” 4). Konfigurasi ‘Square”

L L

L

L L

5). Konfigurasi ‘Cross circle’

L L

Untuk menghitung tahanan pentanahan total konfigurasi-konfigurasi diatas maka

dipakai rumus :

R = (. K / 2L) x faktor pengali konfigurasi …………..(ohm)

Dimana :

= Tahanan jenis tanah (ohm meter)

L = Panjang elektroda batang (meter)

K = Faktor pengali elektroda batang tunggal


Faktor pengali elektroda batang tunggal (k) ditentukan oleh perbandingan antara

panjang dan jari-jari elektroda sehingga dalam perhitungan, k adalah sesuai dengan

tabel 2 di bawah ini :

Tabel 2

Faktor Pengali untuk elektroda batang tunggal

L/r 20 200 2000 20000k 3 5,3 7,6 9,9

Sedangkan untuk faktor pengali pada setiap konfigurasi pada tabel 3 dibawah ini :

Tabel 3

Faktor pengali untuk setiap konfigurasi elektroda batang

KonfigurasiDouble straight

Tripple straight

Tri angle Square Cross circle

Jumlah batang 2 3 3 4 5

Faktor pengali (1 + m)/21-2m 2 +n 3-4m+n

(1+2m)/3 (1+2m+2)/41+2q+n-4m 2 5+2q+n-8m

Dimana :

m = ln x / ln (l/r) ; x = (l + L)/ L ; n = ln Y / ln (l/r)

Y = (1 + 2L) / 2L ; q = ln z / ln (l/r) ; z = (1+2L)/2L

1) Hubungan pararel elektroda batang

Bila tahanan pentanahan yang dikehendaki tidak dicapai oleh satu elektroda

batang, maka dua elektroda atau lebih dapat dipergunakan. Untuk jumlah elektroda

yang sedikit cenderung mengikuti rumus tahanan hubungan pararel yaitu :

1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3

Tetapi dalam prakteknya

1/Rt = k [ 1/R1 + 1/R2 + 1/R3]

Dimana parameter k tergantung pada jumlah dan panjang elektroda. Jarak antara

elektroda dan variasi tahanan jenis tanah (). Harga k ini selalu lebih kecil daripada 1.

Jika beberapa elektroda batang yang dipararel tidak bekerja efektif pada seluruh

batang (misal, karena adanya lapisan tanah yang kering) maka jarak minimum antara

elektroda dipilih dari saru elelktroda batang. Pada gambar dibawah ini menunjukkan

hubungan antara k dan jumlah elektroda, untuk jarak antara elektroda sama dengan

panjang elektroda.

2) Perhitungan elektroda batang lebih dari satu dengan faktor sekat.

Arus gangguan akan mengaliri semua elektroda pararel yang dibagi menurut jumlah

elektroda masing-masing ½ sehingga tegangan elektroda tersebut adalah V = V1 +

V2. Arus ini tidak dapat melalui bagian garis AB, karena AB seolah-olah berfungsi


sebagai sekat (screen) sehingga arus akan berputar pada elektroda masing-masing.

Akibatnya arus tebar menjadi kecil dan tahanannya naik.

Besar tahanan total dari n buah elektroda adalah :

Rsy = R / n

Dimana :

Rsy = tahanan total sistem (ohm)

R = Tahanan satu batang elektroda (ohm)

n = Jumlah elektroda yang digunakan

= Faktor sekat (screen coeficient)

= 1 / {1 + (ro/a), dimana : a = Jarak antara elektroda (mm)

ro = Jari-jari elektroda (mm)

2. Tahanan Pentanahan

Tahanan pentanahan suatu elektroda tergantung pada tiga faktor :

a). Panjang elektroda itu sendiri dan penghantar yang menghubungkan.

b). Tahanan kontak antara elektroda dengan tanah.

c). Tahanan jenis dari tanah sekeliling elektroda

Tahanan jenis tanah juga dipengaruhi oleh beberapa faktor, diantara faktor-faktor

tersebut adalah :

1). Sifat geologi tanah.

Ini merupakan faktor utama yang menentukan tahanan jenis tanah. Bahan dasar

pada tanah, relatif bersifat bukan penghantar. Tanah liat umumnya mempunyai

tahanan jenis rendah, sedangkan batu-batu dan quarts mempunyai sifat sebagai

isolator. Tabel 4 berikut ini menunjukkan harga tahanan berbagai jenis tanah.

Tabel 4 Tahanan jenis tanah pada beberapa jenis tanah.

Jenis TanahTanah rawa

Tanah liatPasir basah

Kerikil basah

Pasir kerikil

Tanah Berbatu

Tahanan jenis (ohm meter)

30 100 200 500 1000 3000

Sumber : LIPI, PUIL, 2000


2). Kandungan air atau kadar air tanah.

Kandungan air tanah sangat berpengaruh terhadap perubahan tahanan jenis

tanah () terutama kandungan air sampai 20 %. Dalam satu set tes laboratorium

untuk tanah merah, penurunan kandungan air tanah dari 20 % ke 10 %

menyebabkan tahanan jenis tanah () naik sampai 30 kali. Kenaikan kandungan air

tanah diatas 20 % pengaruhnya sedikit sekali.

3). Kandungan zat-zat kimia yang dalam tanah.

Kandungan zat-zat kimia dalam tanah terutama sejumlah organik maupun

anorganik yang dapat larut perlu diperhatikan pula. Di daerah yang mempunyai curah

hujan yang tinggi biasanya mempunyai tahanan jenis yang tinggi disebabkan oleh

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 yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat.

4). Temperatur tanah.

Temperatur tanah pada kedalaman 1,5 m biasanya stabil terhadap perubahan

temperatur permukaan. Di Indonesia, pada daerah-daerah tropis perbedaan

temperatur tanah boleh dikata tidak ada pengaruhnya.

Karena tahanan jenis tanah berkaitan langsung dengan kadar air dan suhu,

maka dapat diasumsikan bahwa tahanan jenis tanah berubah sesuai dengan

perubahan iklim.

Tahanan Pentanahan pada tahanan jenis tanah liat dan tanah ladang (Q1) = 100

ohm meter.

Tahanan Pentanahan dari elektroda pentanahan tergantung pada tahanan jenis

tanah, kedalamanpenanaman jenis elektroda yang dipakai dan serta ukuran dari

elektroda. Pada tabel 5 berisi harga rata-rata dari tahanan pentanahan untuk

elektroda pada tabel 6 penyimpangan tidak terlalu besar dari luas penampang

ditentukan dalam tabel 6, tidak banyak mempengaruhi tahanan pentanahanya.

Tabel 5. Tahanan pentanahan pada tahanan jenis tanah liat dan ladang (Q1) s = 100 meter.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

JenisElektroda

Pita atau hantaran pilin

Panjang (m)

Batang dan pipa

Panjang (m)

Pelat vertikal dengan pinggir

atasnya 1m di bawah permukaan

tanahUkuran : (m2)

Tahanan Pentanahan

()

10 25 50 100 1 2 3 5 0,5 x 1 1 x 1

20 10 5 3 70 40 30 20 35 25


Tabel 6 Luas penampang minimum elektroda pentanahan.

No.Bahan jenis elektroda

Bahan berlapis seng dengan proses pe-

manasan

Baja berlapis tembaga

Tembaga

1.

Elektroda Pita

Pita baja 100 mm2

tebal minimum 3 mm hantaran pilin 95 mm2(bukan kawat halus)

50 mm2

Pita tembaga 50 mm2 tebal minimum 2 mm Hantaran pilin 35 mm2 (bukan kawat halus)

2. Elektroda batang

Pipa baja 1”Baja profil :L 65 x 65 x 7T 6 x 50 x 3Atau batang lain yang setaraf

Baja berdiameter 15 mm di lapisi tembaga setebal2,5 mm

3.Elektroda pelat

Plat besi tebal 3 mm luas 0,5 m2 sampai 1 m2

Pelat tembaga tebal 2 mm luas 0,5 m2 sampai 1 m2

Untuk tahanan jenis tanah lain (Q), maka besar tahanan pentanahan

adalah perkalian nilai diatas dengan rumus :

Q / Q1 = Q / 100

Bila untuk tahanan jenis tanah yang lain (Q), maka besar tahanan pentanahan adalah

perkalian nilai pada tabel 5 di atas dengan Q/Q1 atau sama dengan Q/100. Contoh :

pada pasir basah yang tahanan jenisnya 200 ohm meter dengan memakai elektroda

batang sepanjang 5 m maka besar tahanan pentanahannya = 200/100 x 20 = 40

ohm.

3. Pengkondisian

Pada lokasi yang tahanan jenis tanahnya tinggi, perlu diperhatikan kemungkinan

lain teknik pemasangan elektroda tanah yaitu dengan pengkondisian tanah. Teknik

sesungguhnya merupakan upaya untuk merubah tahanan jenis tanah agar menjadi

lebih rendah, sehingga dapat menurunkan tahanan elektroda pentanahan.

Pemilihan teknik yang tepat bagi suatu lokasi tergantung pada :

1). Kemudahan memperoleh bahan baku.

2). Kemudahan dalam pemasangan.

3). Kemudahan pemeliharaan.

4). Harga tahanan jenis tanah efektif dapat dicapai.

5). Bahaya karat (korosi) sekecil mungkin.


Salah satu teknik yang biasa dipakai yaitu teknik garam. Siramlah tanah

disekeliling elektroda pentanahan dengan salah satu larutan garam

NaCi.,CaCl2,MgSO4. Kepekatan larutan sesuai dengan kebutuhan.

PENGHANTAR PENTANAHAN.

Penghantar Pentanahan adalah penghantar akhir ke elektroda tanah.

Penghantar pentanahan ini harus memilki ukuran yang cukup melewatkan arus

gangguan yang terjadi, dan memiliki proteksi terhadap karat dan korosi. Adapun

persyaratan teknis penghantar pentanahan telah diatur dalam Peraturan Umum

Instalasi Listrik (PUIL) tahun 1987, yang terdapat pasal 321 pada ayat 372.B tentang

penghantar bumi, yang berbunyi :

321.B.1 Berdasarkan kekuatan mekanis, luas penampang minimum penghantar

bumi harus sebagai berikut :

1). Untuk penghantar yang terlindungi kokoh secaramekanis, 1,5 mm2

tembaga atau 2,5 mm2 aluminium.

2). Untuk penghantar yang tidak terlindungi kokoh secara mekanis 4 mm2

atau pita baja yang tebalnya 2,5 mm dan luas penampangnya 50 mm2.

321.B.2 Penghantar aluminium tanpa pelindung mekanis tidak diperkenankan

sebagai penghantar bumi.

321.B.3 Penghantar bumi harus dilindungi jika menembus langit-langit atau dinding,

atau berada di tempat dengan bahaya kerusakan mekanis.

321.B.4 Penghantar bumi harus diberi tanda sesuai dengan pasal 701.

321.B.5 Pada penghantar bumi harus dipasang sambungan yang dapat dilepas

untuk keperluan pengujian resistansi pembumian, pada tempat yang mudah

dicapai, dan sedapat mungkin memanfaatkan sambungan yang karena

susunan instalasinya memang harus ada.

321.B.6 Sambungan penghantar bumi dengan elektroda bumi harus kuat secra

mekanis dan menjamin hubungan listrik dengan baik, misalnya dengan

menggunakan las, klem, atau baut kunci yang tidak lepas. Klem pada

elektroda pipa harus menggunakan baut dengan diameter minimal 10 mm.

321.B.7 Sambungan dalam tanah harus dilindungi terhadap korosi.

321.B.8 Penghantar bumi diatas tanah harus memenuhi persyaratan sebagai

berikut :

1). Mudah terlihat dan jika tertutup harus mudah dicapai.

2). Harus dilindungi dari bahaya mekanis atau kimiawi.


3). Tidak boleh ada saklar atau sambungan yang mudah dilepas tanpa

menggunakan kawat khusus.

4). Penghantar bumi untuk kapasitor peredam interferensi radio harus

diisolasikan sama seperti penghantar fase dan harus dipasang dengan

cara yang sama pula, jika arus yang dialrkan melebihi 3,5 mA.

321.B.9 Sambungan dan hubungan antara penghantar bumi, dan semua cabang

satu sama lain harus dilaksanakan demikian rupa sehingga terjaminlah

hubungan listrik yang baik, dapat diandalkan dan tahan lama.

Catatan :

Sambungan dan hubungan yang dibolehkan adalah sambungan dan

hubungan yang menggunakan las, klem dan juga sambungan selonsong

jika menggunakan penghantar pilin. Sambungan dan hubungan dengan

baut harus dilindungi dari kemungkinan terjadinya korosi.

1. Penghantar Pentanahan Instalasi Tenaga

Hantaran kawat pentanahan pada instalasi tenaga berfungsi untuk

menyalurkan arus gangguan ke elektroda pantanahan. Pentanahan penghantar ini

harus memiliki ukuran minimum sebesar 16 mm2 dengan proteksi terhadap karat dan

25 mm2 jika terbuat dari tembaga (50 mm2 jika baja) bilamana proteksi sedemikian

tidak diturunkan. Penghantar-penghantar alumunium klad tembaga tidak

diperbolehkan untuk sambungan akhir elektroda ke tanah. Perhitungan ukuran

penghantar pelindung dapat diperoleh dengan menggunakan persamaan berikut :

a = I 2 .t (mm2)

k

Dimana :

I = Arus gangguan (A)

t = Waktu operasi dari alat perlindungan (s)

k = nilai konstanta

Konstanta :

115 = penghantar tembaga yang diisolasi dengan PVC.

134 = penghantar tembaga yang diisolasi perangkat termal 90 C.

134 = untuk kabel berisolasi mineral dengan penghantar tembaga.

76 = untuk penghantar alumunium yang disolasi dengan pvc.


89 = penghantar alumunium yang diisolasikan dengan karet 60 C, karet

85C.

94 = penghantar alumunium dengan isolasi termal yang disetel 90C.

71 = penghantar alumunium yang diisolasi dengan kertas yang dipadatkan.

87 = kabel-kabel berisolasi mineral dengan penghantar alumunium.

100 = untuk sambungan-sambungan bersolder timah dalam penghantar

tembaga,yang sesuai dengan temperatur 160C.

108 = penghantar tembaga yang diisolasi dengan kertas yang dipadatkan.

Dan menurut Peraturan Umum Instalasi Listrik tahun 1987 pada pasal 312.B.4

berbunyi :

Luas penampang nominal minimum penghantar pengaman harus sekurang-

kurangnya memenuhi tabel 312-1 pada PUIL 1987.

Tabel 7 Luas penampang nominal minimum penghantar pengaman(*).

Penghantar fase (mm2)

Penghantar pengaman berisolasi

Penghantar pengaman tembaga telanjang

Kabel berinti 1

Kabel tanah berinti 4

Dengan pelindung

Tanpa pelindung

0,5 0,5 - - -0,75 0,75 - - -1 1,0 - - -1,5 1,5 1,5 1,5 4,02,5 2,5 2,5 1,5 4,04 4,0 4,0 2,5 4,06 6,0 6,0 4,0 4,010 1,0 10,0 6,0 6,016 1,6 16,0 10,0 10,025 1,6 16,0 16,0 16,035 1,6 16,0 16,0 16,050 2,5 25,0 25,0 25,070 35,0 35,0 35,0 35,095 50,0 50,0 50,0 50,0120 70,0 70,0 50,0 50,0150 70,0 70,0 50,0 50,0185 95,0 95,0 50,0 50,0240 - 120,0 50,0 50,0300 - 150,0 50,0 50,0400 - 185,0 50,0 50,0

Sumber : LIPI, PUIL,1987


1) Contoh tabel Pengukuran tahanan saat pararel elektroda (6 buah elektroda)

No . Tanggal Hari Besar Tahanan (Ohm) Keterangan

1. 10 Kamis 2,5 Tanah basah (hujan)

2. 7 Senin 3 Tanah kering (Siang hari)

3. 9 Rabu 3,5 Tanah kering (Sore hari)

2) Contoh tabel Pengukuran nilai tahanan pada masing-masing elektroda (tidak dipararel).

No.. Tgl. HariTahanan elektroda () Keterangan

1 2 3 4 5 6

1. 10 Kamis 16,6 14,3 15 14,8 16 15,8Tanah basah (hujan)

2. 7 Senin 18,2 17,5 16,6 17,3 18,5 17Tanah Kering (siang hari)

3. 9 Rabu 22,5 20,5 22,2 24,5 20 21Tanah Kering (sore hari)


MASALAH PENTANAHAN NETRAL SISTEM TEGANGAN MENENGAH 20 kVDIPASOK DARI PLTD SKALA KECIL *)

Pentanahan sistem pada Sistem Tenaga Listrik mulai dari Pusat Listrik sampai dengan gardu Distribusi, sangat diperlukan., Pentanahan pada sistem Tegangan Rendah digunakan untuk mengurangi tegangan sentuh kalau pada peralatan listrik pelanggan mengalami kebocoran listrik.Pentanahan pada sistem Tegangan Tinggi atau Tegangan Menengah digunakan untuk mengurangi arus hubung singkat jika terjadi gangguan satu fasa ketanah.Pemasangan pentanahan sistem dapat dipasang di Generator atau transformator tenaga dengan hubungan belitan wye (Y), untuk sistem kelistrikan kecil pentanahan ini tidak diperlukan (floating), tetapi untuk sistem yang besar perlu sekali sistem pentanahan seperti pentanahan mempergunakan Resistansi, Peteson coil dan solid.Pemilihan pentanahan yang akan dipasang perlu melihat pasokan daya dari Pusat Listrik ke beban dan besarnya arus gangguan fasa ketanah, misalnya yang sekarang banyak di anut oleh sistem kelistrikan di Indonesia mempergunakan tahanan 40 Ohm. Hal ini jika terjadi gangguan 1 - ketanah, pada sistem besar seperti di Jawa tidak berpengaruh pada mesin-mesin penggerak mulanya (prime-over), tetapi untuk sistem kecil yang dipasok dari PLTD beroperasi isolated tersebar di pulau-pulau kecil sangat berpengaruh sekali terhadap mesin penggerak mulanya.Hal ini terjadi karena pada saat gangguan 1 fasa - ketanah menyebabkan terjadinya gaya lintang unbalance pada poros generator mesin yang menimbulkan moment lentur cukup besar, sehingga terjadi tegangan lentur berlebihan antara generator dan crankshaft, yang menyebabkan konsentrasi tegangan, pada bagian-bagian crankshaft dan bearing. Bagian-bagian inilah yang sering mengalami kerusakan.Kejadian seperti tersebut diatas sangat merugikan jika terjadi gangguan satu fasa ketanah yang dapat merusak mesin PLTD (prime over), sehingga pasokan daya dari Pusat listrik terhenti.Pada makalah ini, mencoba mempelajari terjadi gangguan 1 - ketanah yang menyebabkan kerusakan pada mesin PLTD dan pada lampiran memberikan perbandingan sistem pentanahan (mengambang, pentanahan Resistans, pentanahan Peterson Coil, dan pentanahan Solid).

I. PENDAHULUAN

Jaringan distribusi primer 20 kV di Indonesia ada yang mempergunakan sa-luran kabel bawah tanah dan Sebagian besar (70%) mempergunakan saluran udara Tegangan Menengah (SUTM) yang melintasi udara terbuka, pada jaringan ini banyak gangguan-gangguan yang tak dapat dihindari seperti gangguan karena petir atau gangguan yang diakibatkan pepohonan dan binatang. Hal ini dapat mengakibatkan terjadinya hubung singkat antar fasa (3 fasa atau 2 fasa) atau gangguan hubung singkat 1 fasa ke tanah, yang dapat bersifat Temporair (non persistant) atau permanent (persistant).Gangguan yang permanen misalnya hubung singkat dapat terjadi pada kabel, belitan trafo atau belitan generator karena tembusnya (break downnya) isolasi padat.Di sini pada titik gangguan memang terjadi kerusakan yang permanen. Peralatan yang terganggu tersebut baru bisa dioperasikan kembali setelah bagian yang rusak diperbaiki atau diganti.Pada gangguan yang temporer, tidak ada kerusakan yang permanen di titik gangguan. Gangguan ini misalnya berupa flashover antara penghantar fasa dan tanah (tiang, travers atau kawat tanah pada SUTM) kare-na sambaran petir, atau flashover dengan pohon-pohon yang tertiup angin dan sebagainya.Pada gangguan ini yang tembus (breakdown) adalah isolasi udaranya, oleh karena itu tidak ada kerusakan yang permanen. Setelah arus gangguannya terputus, misalnya karena terbukanya cir-cuit breaker oleh relay pengamannya, per-alatan atau saluran yang terganggu tersebut siap dioperasikan kembali.


Jika terjadi gangguan 2 fasa, arus hubung singkatnya biasanya lebih kecil daripada arus hubung singkat 3 fasa. Kalau tahanan gangguan diabaikan arus hubung singkat 2 fasa kira-kira : ½ √3 (=0,866) kali arus hubung singkat 3 fasa. Jika terjadi gangguan 1 fasa-tanah, Arus gangguan 1 fasa ke tanah hampir selalu lebih kecil daripada arus hubung singkat 3 fasa, karena di samping impedansi urutan nolnya pada umumnya lebih besar daripada impedansi urutan positifnya, gangguan tanah hampir selalu melalui tahanan gangguan, misalnya beberapa ohm yaitu tahanan pentanahan kaki tiang dalam hal flashover dengan tiang atau kawat tanah, atau beberapa puluh atau ratusan ohm dalam hal flashover dengan pohon.Di samping itu untuk sistem dengan pentanahan melalui tahanan yang terpasang pada generator atau transformator yang dihubungkan Y, tahanan pentanahan netral itu juga akan membatasi arus gangguan 1 fasa ke tanah.

II. PENTANAHAN MEMPERGUNAKAN TAHANAN

Gangguan 3 fasa dan gangguan 2 fasa dapat yang terjadi pada jaringan distibusi 20 kV dapat di clear kan oleh Over Current Relay yang terpasang di outgoing feeder, tetapi gangguan 1 fasa ke tanah dapat di clearkan oleh Ground Fault Relay.Pada Sistem Tenaga Listrik yang dipasok dari Pusat listrik dan transformator dipa-sang bermacam-macam pentanahan, antara lain: Tanpa pentanahan (Floating), Pen-tanahan melalui Peterson coil, Pentanahan solid dan Pentanahan melalui Tahanan.Penjelasan tentang kerugian dan keuntung-an dari bermacam-macam pentanahan da-pat dilihat pada lampiran.Pada bab ini menjelaskan tentang pentanahan sistem tenaga Listrik yang terpasang pada sistem distribusi Primer 20 kV di Gardu Induk atau pada sistem isolated yang dipasok oleh PLTD skala kecil.Berdasarkan standar PLN no 2 tahun 1978, standar PLN no 12 tahun 1980, standar PLN no 26 tahun 1980 , bahwa pentanahan netral sistem Distribusi tegangan menengah (20 kV) ada bermacam-macam pentanahan seperti berlaku di PLN Distribusi Jawa Timur ditanahkan melalui tahanan tinggi (500 Ohm), di Jawa Tengah dengan sistem Distribusi 3 fasa 4 kawat mempergunakan pentanahan langsung sepanjang jaringan (pentanahan efektif) dan di PLN Distribusi Jaya dan Wilayah-wilayah PLN diluar Jawa sistem pentanahannya melalui tahanan 40 Ohm atau 12 Ohm Pemilihan nilai 40 Ohm ini pada awalnya berpegang kepada perlunya gangguan tanah diselesaikan dengan bekerjanya Relai Gangguan Tanah yang lebih pasti dan selektif. Namun demikian besarnya arus gangguan tanah perlu dibatasi agar tidak terlalu besar yaitu sebesar arus nominal Trafo daya terbesar pada waktu itu (tahun 70 an), sehingga didapatkan nilai 40 Ohm ini. Ternyata sesuai SPLN tersebut diatas pentanahan ini dianut pula oleh sistem Distribusi 20 kV yang dipasok dari Pusat Listrik Tenaga Diesel Skala kecil. Seperti telah diketahui secara umum, setiap kali kejadian gangguan satu fasa ketanah pada sistem pentanahan Netral melalui Tahanah (murni), sistem pembangkitannya pasti mendapat tambahan beban resistif (MW) yang mempunyai beban tak seimbang (unbalance), karena arus gangguan 1 fasa ketanah yang melewati tahanan pada generator yang dihubungkan ketanah. Jika kapasitas pembangkitan yang cukup besar seperti di sistem kelistrikan Jawa, sebagian di Sumatra, Sulawesi dan sebagian kecil di Kalimantan, tambahan beban unbalance ini tidak banyak berarti terhadap mesin-mesin penggerak mulanya. Tetapi untuk sistem kecil yang beroperasi isolated dan tersebar di pulau-pulai kecil di Indonesia yang dipasok oleh PLTD skala kecil dimana beban resistif tambahan yang terbentuk akibat gangguan 1 fasa ketanah di jaringan Distribusi tegangan menengah, besar kemungkinan nilai MW yang diserap lebih besar dari kapasitas pembangkit 3 fasanya. Hal ini dapat dihitung dengan mempergunakan persamaan sebagai berikut:

P (Watt) =

Dimana: P = Daya yang diserap oleh mesin (Watt)V = Tegangan fasa – netral (Volt)R = Tahanan pentanahan yang terpasang di trafo hubungan Y (Ohm)


Jika trafo unit mempunyai pentanhan 40 Ohm maka daya yang diserap oleh NGR (selain beban) sewaktu gangguan tanah sebesar:

P = 3,33 MW

Nilai P = 3,33 MW adalah nilai maksimum atau lebih kecil dari nilai tersebut bila kapasitas pembangkitan lebih kecil dari 10 MVA atau tergantung dari kapasitas Pembangkit.Dalam hal ini gangguan 1 fasa tanah merupakan beban tambahan yang tidak balance yang dapat merusak mesin (prime-over)

Gejala kerusakan pada mesin adalah: Terjadinya gangguan satu fasa ketanah Mesin tidak mengalami “overload” atau “underspeed” mesin tidak trip Mesin baru trip setelah mengalami kerusakan pada bagian yang terhubung dengan crankshaft

Kemungkinan penyebab kerusakan pada mesin (prime over).

Dari gambar 1 diatas bahwa gaya Pg1 dan Pg2 saling menghilangkan , dan beban gaya PX1 + PX2 << PGaya lateral P (gaya lintang) yang besar menyebabkan momen lentur disepanjang poros generator + Mesin (cranchshaft), yang dapat menimbulkan beban lendutan (defleksi). Pada porosterjadi tegangan lentur + puntir yang berlebih terutama pada bagian-bagian kritis yang mengalami konsentrasi tegangan, seperti pada bantalan crankshaft, bantalan connecting rod (dapat menyebabkan patah). Seperti terlihat pada gambar 2 dibawah.


Momen lentur

Gen

flywheel crankshaft

Gambar 1 : Potongan rotor dan stator

BelitanFasa A

Fasa S

Fasa TPg1

Pg2

PX1

PX2

P Fasa S

Pada Gambar 2 diatas bahwa Generator terkena gaya tekan P yang cukup besar dan “unbalance” yang mengakibatkan beban lendutan sepanjang poros mesin + generator, jika terjadi konsentrasi tegangan berlebihan pada bagian crankshaft dan connecting rod, maka akan mengalami kerusakan.Pada umumnya Kondisi ini mulai dikeluh-kan oleh PLN unit yang mengelola PLTD skala kecil, khususnya oleh PLN Unit pembangkit dibawah PT PLN (Persero) Wilayah Maluku. Dari data statistik gangguan mesin penggerak Diesel skala kecil yang dikumpulkan dan dimonitor oleh PLN Wilayah Maluku menunjukkan bahwa kerusakan disisi piston mesin (bearing ataupun rod pistonnya) terjadi pada pembangkit berkaitan dengan kejadian gangguan 1 fasa ketanah di jaringan Distribusi 20 kV nya. Untuk mengatasi hal tersebut diatas perlu memperbesar tahanan pentanahan sebesar 500 Ohm yang terpasang di Generator atau Transformator dengan Wye (Y).Jika terjadi gangguan 1 fasa ke tanah sesuai persamaan diatas untuk mesin yang mempunyai daya 3 MW daya yang diserap mesin sebesar:Nilai daya yang diserap oleh Mesin akibat gangguan 1 fasa ketanah sebesar 0,266 MW, masih dibawah daya mesin sebesar 3 MW hal ini tidak menghentikan generator dan GFR yang terpasang dapat bekerja dengan baikDengan uraian tersebut diatas bahwa pemakaian tahanan pentanahan 500 Ohm yang terpasang pada mesin PLTD skala kecil sangat baik dibandingkan tahanan pentanahan 40 Ohm

Contoh: Pengaruh gangguan satu fasa ke tanah yang dipasok dari PLTD dengan daya 1,5 MVA tegangan 6,3 kV dengan pentanahan mempergunakan tahanan 500 Ohm, gangguan ada dilokasi C

Data-data1. PLTD:

A : 1,5 MVA, 6,3 kV, Xd’ = 2,5%, B : 1,0 MVA, 6,3 kV, Xd = 2,5%, 2. Impedansi jaringan: a. Jaringan AC & Jaringan BC

Z1 = Z2 = 2,811 + j 4,297 Ohm Zo = 4,720 + j 21,034 Ohm

b. Z1 = Z2 = 5,621 + j 8,596 Ohm Zo = 9,4406 + j 42,068 Ohm

1. Pentanahan mempergunakan tahanan 500 OhmTabel 1

KapKap/Fasa

Power ( R )

Power ( S )

Power ( T ) Power Ter

kVA KVA (kWatt) (kWatt) (kWatt) serap (kW)

Gen- A 1500 500 283,38 6,454 8,922 298,75

Gen- B 1000 333,3 223,03 -6,454 -8,922 207,65

506,40 0,000 0,000 506,40


A B

C

2. Tahanan mempergunakan tahanan 40 OhmTabel 2

KapKap/fasa

Power ( R )

Power ( S )

Power ( T ) Power Ter

kVA kVA (kWatt) (kWatt) (kWatt) serap (kW)

Gen- A 1500 500 584,87 -31,76 84,930 638,042

Gen- B 1000 333,3 472,017 31,76 84,930 418,835

1056,9 0,000 0,000 1056,87

Hasil perhitungan tersebut diatas, terlihat bahwa terjadi pergeseran besar dan vektor tegangan fasa yang terganggu satu fasa ketanahPada tabel 1 pentanahan yang mempergunakan tahanan 500 Ohm daya yang terserap oleh tahanan pentanahan dengan daya dua mesin sebesar 2500 kW sebesar 506,40 kW, hal ini generator tidak overload. Bila dilihat nilai Power (kW) satu fasa yang diserap dari generator akibat gangguan satu fasa ketanah ini tidaklah sampai melampaui kapasitas generator perfasa Jadi penguatan yang terdapat di rotor tidak terbebani terlalu besar akibat gangguan 1 fasa ke tanah di fasa S, tetapi sebaliknya dengan mempergunakan pentanahan 40 Ohm seperti terlihat pada tabel 2 mesin akan terbebani sebesar 1056,9 kW. Hal ini penguatan rotor mengeluarkan daya aktif terlalu besar yang dapat merusak gulungan dan pada saat terjadi gangguan rotor dapat berhenti, tetapi mesin penggerak mula (PLTD) tetap berjalan, hal inilah mesin diesel dapat patah pistonnya atau bearingnya terbawa keatas, selanjutnya dapat merusak mesin tersebut.

KESIMPULAN

1. Pentanahan yang mempergunakan tahanan 40 Ohm, tidak cocok dipergunakan untuk Pembangkitan yang mempunyai daya kecil (dibawah 10 MVA).

2. Untuk mesin-mesin dengan kapasitas kecil (dibawah 10 MVA), nilai tahanan yang dipasang untuk pentanahan netral sistem distribusi mestinya harus memperhitungkan kapasitas mesinnya.

3. Sementara ini nilai pentanahan netral yang ada dasarnya di PLN, dalam rangka mengurangi dampak kerusakan mesin akibat gangguan tanah digunakan pentanahan tahanan 500 Ohm, dengan perhitungan jika terjadi gangguan 1 fasa – ketanah , daya yang diserap sewaktu gangguan tanah tidak sampai membahayakan mesin


LAMPIRAN

TINJAUAN KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA BERBAGAI MACAM PENTANAHAN SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Gangguan satu fasa ketanah secara statistik diketahui yang paling banyak terjadi pada jaringan dengan konduktor terbuka yang digelar di alam bebas. Penyebab gangguan itu bisa karena sambaran petir yang diiukuti dengan power follow current, tersentuh dahan pohon, binatang dan lain-lain.Pengamanan terhadap gangguan satu fasa ketanah tentunya menjadi perhatian bagi Perusahaan Listrik, mengingat kemungkinan kejadiannya menjadi yang terbesar.Besar arus gangguan tanah menjadi tergantung dari sistem pentanahan netralnya. Tegangan fasa yang sehat perlu pula menjadi tinjauan untuk diperhitungkan terhadap kekuatan isolasi peralatan instalasi penyaluran maupun peralatan instalasi konsumen. Disamping itu perlu pula diperhatikan pengaruh besar arus gangguan satu fasa ketanah terhadap mesin kecil-kecil yang memasok jaringan Distribusi TM untuk masing-masing sistem pentanahan netralnya.Penjelasan macam-macam pentanahan yang terpasang pada sistem Tenaga Listrik dapat dilihat dibawah ini:

1 KOMPONEN ARUS, TEGANGAN DAN POWER PADA NETRAL MENGAMBANG (FLOATING) SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH

Pada suatu sistem kelistrikan dengan Netral mengambang, arus gangguan satu fasa ketanah di titik gangguan mengalir arus kapasitif fasa yang sehat dari jaringan untuk kembali ke sumbernya. Arus kapasitif ini tidak hanya dari kapasitansi penyulang yang terganggu tetapi juga dari kapasitansi penyulang yang sehat, dan besarnya tidak tergantung dari lokasi gangguan.Karenanya, arus kapasitif ini tidak bisa dipakai untuk mengerjakan Relai gangguan tanah secara selektif memisahkan penyulang yang terganggu dari sistem yang masih sehat, sehingga gangguan tanah dicari dengan cara coba-coba. Untuk 1, 2 sampai 3 penyulang, dimana masing-masing penyulang mempunyai nilai kapasitansi yang kecil saja, akan menghasilkan arus kapasitif di titik gangguan tanah juga kecil saja yang akan clear dengan sendirinya bila terjadi gangguan tanah yang sifatnya temporer. Dalam hal mencari penyulang yang terganggu satu fasa ketanah permanen di jaringan dengan membuka PMT satu persatu penyulang masih tidak menjadi masalah. Tetapi kalau sudah banyak penyulang yang tersambung pada satu bus, mungkin akan sebanyak jumlah penyulang yang ada terpaksa dipadamkan hanya untuk mengetahui penyulang mana yang terganggu. Uraian vektor arus kapasitf jaringan sewaktu gangguan satu fasa ketanah dapat dilihat pada gambar dibawah ini :


VAN

VBN VCNN

A

B C

Gambar 1: Vektor tegangan sistem kondisi normal Gambar 2: Vektor tegangan dan arus saat gangguan tanah

VNG

VBG VCG

N

A,G

B C

ICC

ICB

ICT

Dalam keadaan normal, dan dengan menganggap kapasitansi tiap fasa dari jaringan sama besar, maka besar tegangan tiap fasanya ketanah sama dengan besar tegangan tiap fasa ke Netral, dan vektor tegangan sistem VAN, VBN, VCN dapat dilihat seperti pada gambar 1.

Dalam keadaan gangguan satu fasa ketanah (misalnya fasa A), maka potensial fasa A akan berimpit dengan tanah (G) sekaligus kapasitansi jaringan fasa A terhubung singkat ketanah oleh gangguan tersebut, sehingga tegangan N (netral), fasa B dan fasa C terhadap tanah akan naik seperti digam-barkan sebagai VNG, VBG, VCG di gambar 2. pada kondisi ini terlihat bahwa tegangan fasa yang sehat (fasa B dan fasa C) naik sebesar 3 kali tegangan Eph. Hal inilah yang mengharuskan kelas isolasi dari peralatan instalasi berpegang kepada tegangan fasa-fasa. Belum lagi akibat arus kapasitif yang mengalir di titik gangguan, jumlah penyulang yang banyak dan panjang akan menghasilkan arus kapasitif total cukup besar, gangguan satu fasa ketanah yang ter-putus-putus (arc), sementara tegangan fasa sehat yang masih bertahan sebesar 3 terhadap tanah, maka sewaktu sinusoidal arus kapasitif yang mengalir di fasa A sedang berada pada level nol, se-olah-olah fasa A terlepas hubungannya dari tanah, pada saat yang singkat itu tegangan fasa A seperti terlempar berputar dengan garis sumbu yang menyinggung titik tegangan fasa B dan fasa C. Naiknya tegangan fasa A dengan cara demikian, membuat fasa A di titik gangguan terpukul arc kembali (restricking) dan kejadian ini berulang pada setiap siklus sinusoidal arus gangguan kapasitif di fasa A. Peristiwa ini biasa disebut dengan arcing ground dimana tegangan fasa yang terganggu ke tanah sesaat dan berulang kali bisa naik sampai 3xEph yang membahayakan isolasi peralatan instalasi.

Kalau panjang jaringan distribusi TM tidak terlalu panjang, arus gangguan kapasitif sewaktu gangguan satu fasa ketanah temporer tidak terlalu besar (beberapa amper saja), maka gangguan tanah tersebut dapat clear sendiri tanpa harus ada pemutusan penyulang, sedangkan untuk gangguan satu fasa ketanah yang permanen, maka sistem penyaluran distribusi masih dapat berjalan selama gangguan satu fasa ketanah terjadi sementara konsumen tidak merasakan adanya gangguan tanah tersebut. Kalau gangguan tanah itu terjadi akibat kawat fasa putus jatuh ketanah, maka selama kawat fasa itu tidak diangkat oleh manusia, tidak menjadi masalah, tetapi bila kawat fasa tersebut diangkat oleh manusia sehingga terlepas hubungannya dengan tanah, maka kawat fasa itu akan kembali bertegangan yang membahayakan manusia.


Gambar 3: Vektor tegangan saat sinusoidal arus kapasitif melalui nol pada kejadian arcing ground

B C

VNG

VBG VCG

N

A,G

ICC

ICB

ICT

VAG

N

A

Sumbu putar

Penyelesaian masalah diatas adalah dengan memasang Relai Tegangan Lebih gangguan tanah di Bus TM yang mentripkan semua Penyulang (untuk jumlah penyulang yang tidak terlalu banyak), kemudian gangguan tanah dicari pada satu persatu penyulang.Gangguan tanah yang terjadi tidak menyerap Power dari Generator, karena arus gangguannya adalah arus kapasitif.

2. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA SISTEM PENTANAHAN NETRAL MELALUI TAHANAN SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Dalam usaha mengurangi kemungkinan terjadinya cross country fault pada sistem dengan netral mengambang atau pentanahan netral melalui Peterson Coil, gangguan tanah yang pertama kali terjadi didalam sistem perlu di clear kan oleh Relai Gangguan Tanah.Untuk jaringan distribusi yang sudah luas dan terdiri dari banyak penyulang, Relai pengamannya harus bekerja selektif, selain pemisahan bagian yang terganggu ketanah di clear kan dengan cepat.Untuk itu diperlukan Relai pengaman yang mampu mendeteksi dan menseleksi arus gangguan tanah yang mengalir ke bagian yang terganggu saja. Kebutuhan ini dipenuhi, diantaranya dengan arus yang dihasilkan oleh sistem pentanahan Netral melalui Tahanan.Dalam Standar PLN No 88. th 1991, mengenai pentanahan Netral pada sistem Distribusi 20 kV, telah diatur besar nilai Tahanan yang digunakan. Yaitu dengan nilai 40 Ohm dan 500 Ohm untuk jaringan SUTM, dan 12 Ohm untuk jaringan SKTM. Dalam operasinya, nilai Tahanan yang banyak digunakan / dianut oleh PLN Unit di Jakarta, Jawa Barat sampai ke PLN Unit diluar Jawa adalah nilai Tahanan Pentanahan Netral sebesar 40 Ohm.Pada awal mula ditetapkannya angka 40 Ohm (tahun 70 an) berdasarkan pembatasan besar arus gangguan tanah yang tidak lebih besar atau paling besar sama dengan arus nominal Trafo Daya di Gardu Induk yang memasok jaringan Distribusi, yaitu untuk kapasitas Trafo Daya sebesar 10 MVA (rating rata-rata Trafo Daya terpasang di Instalasi PLN Jawa pada waktu itu), dimana relai gangguan tanah yang digunakan cukup dengan Relai Arus Lebih biasa dan karena besar arus gangguan tanah hampir sama besar untuk gangguan tanah disepanjang jaringan, karakteristik Relai Gangguan tanah ini dipilih dari jenis Definite time. Sedang nilai Pentanahan Netral melalui 500 Ohm dengan Relai Gangguan Tanah dari jenis Directonal Ground Relay boleh dikatakan sepenuhnya mengadopt dari pentanahan dan pengamanan sistem distribusi Jepang; dan Pentanahan Netral melalui 12 Ohm dimaksudkan agar arus resistif gangguan tanah lebih besar dari arus gangguan tanah kapasitif pada jaringan kabel.Uraian arus dan tegangan saat gangguan tanah yang akan ditinjau pada kesempatan ini adalah untuk sistem dengan pentanahan Netral 20 kV melalui Tahanan 40 Ohm yang banyak diterapkan pada sebagian besar sistem distribusi di PLN, baik di Jawa maupun di luar Jawa, walaupun kapasitas pembangkitannya lebih kecil dari 10 MVA (nilai daya yang dipakai sebagai dasar penetapan nilai tahanan pentanahan 40 Ohm)Untuk sistem Distribusi di Jawa dan beberapa wilayah yang sumbernya sudah besar, uraian vektor tegangan dalam keadaan normal dapat dilihat pada gambar 6 dan uraian vektor tegangan dan arus saat gangguan tanah dapat dilihat pada gambar 7. Besar daya unbalance (komponen watt) yang diserap dari sumber pembangkit tidak terlalu berarti bagi mesin yang memang sudah besar tadi.


VAN

VBN VCNN

A

B C

Gambar 6: Vektor tegangan sistem kondisi normal

Gambar 7: Vektor tegangan dan arus saat gangguan tanah

VNA

VBG VCG

N

A

B C

ICC

ICB

ICT

G

Kondisi normal, bentuk vektor tegangan masih seimbang seperti terlihat pada gambar 6. Pada kondisi gangguan satu fasa ketanah, segitiga tegangan menjadi sedikit tergeser. Arus gangguan satu fasa ketanah tidak murni resistif, komponen reaktif jaringan yang membuat pergeseran ini. Tegangan Netral terhadap tanah (VNG) dibentuk oleh tegangan drop di Tahanan pentanahan, sementara tegangan antara terminal fasa A dan tanah dibentuk akibat arus balik yang membuat drop tegangan pada reaktansi jaringan (yang dinilai dominan reaktansi dari pada resistansi), sehingga vektor tegangan ini dapat digambarkan seperti pada gambar 7.Pergeseran segitiga tegangan ini, diperkirakan tidak terasa disisi konsumen, begitu juga kedip tegangan akibat terjadinya gangguan tanah di jaringan distribusi 20 kV.Tetapi pergeseran segitiga tegangan ini akan berbeda bila terjadi pada jaringan yang dipasok oleh sistem dengan pembangkit-pembangkit skala kecil dimana reaktansi jaringan termasuk reaktansi Trafo daya mempunyai nilai yang tidak bisa diabaikan terhadap nilai tahanan pentanahan.

Gangguan tanah di suatu titik di jaringan dapat menggeser segitiga tegangan menjadi tidak simetris lagi, terutama dirasakan pada sisi hilir jaringan yang kira-kira seperti gambar 8. Kalau kondisi demikian itu terjadi maka dapat dilihat bahwa tegangan salah satu fasa (yang leading terhadap fasa terganggu, dalam hal ini ECG) akan naik lebih besar dari 3 kali Eph dan akan membuat :

1. Stress over voltage pada seluruh isolator di fasa tersebut di sepanjang jaringan2. Arus gangguan tanah yang mengalir di Tahanan pentanahan (NGR) menarik unbalance

power (watt) dari Generator yang kemungkinan lebih besar dari kapasitas per fasanya.

Pada pemahaman awal dalam pemilihan sistem pentanahan Tahanan, akibat nomor 1 masih dapat ditahan selama Relai Gangguan Tanah bekerja cepat, sehingga stress voltage pada isolator segera hilang, tetapi dalam operasi penerapan sistem pentanahan ini, akibat nomor 2 sudah menjadi keluhan bagi unit-unit PLN yang hanya mempunyai pembangkit skala kecil (PLTD). Kejutan sesaat arus komponen Watt yang unbalance diperkirakan menghasilkan kejutan unbalance pula di poros mesin. Selanjutnya dilaporkan terjadi kerusakan disekitar poros mesin (crank shaft atau bearing).Dari keluhan ini, perlu kiranya meninjau kembali ketetapan/SPLN yang mengatur pentanahan Netral sitem 20 kV (Distribusi TM) khususnya untuk sistem yang dipasok oleh pembangkit skala kecil, untuk menghindari kerusakan mesin akibat gangguan satu fasa ketanah di jaringan.

3. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA SISTEM PENTANAHAN NETRAL MELALUI PETERSON COIL SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.



pada sistem dengan pasokan mesin/generator

kecil

VNA

VBG VCGN

A

B C

ICC

ICB

ICT

G

Permasalahan arcing ground pada sistem Netral mengambang akibat arus kapasitif yang cukup besar ditanggulangi dengan mengkompensir arus gangguan kapasitif tersebut dengan arus induktif yang besarnya diatur hampir sebesar arus kapasitif. Hasilnya adalah bahwa resultante arus gangguan tanah di titik gangguan kembali menjadi kecil sehingga bila terjadi gangguan tanah temporer di mana saja di jaringan dapat clear dengan sendirinya tanpa ada pemutusan aliran daya ke konsumen. Konsumen di sisi Tegangan rendah tidak merasakan adanya gangguan yang terjadi di jaringan TM (hubungan tafo Distribusi adalah Y, sehingga tegangan kedip tidak dirasakan oleh konsumen. Arus induktif yang dipakai untuk mengkompensir arus gangguan kapasitif itu diperoleh dengan memasang induktor antara titik Netral dan tanah, sehingga terbentuklah pentanahan Netral melalui reaktor dengan nilai reaktansi tertentu yang dapat di tune mendekati nilai reaktansi kapasitif jaringan, reaktor tersebut biasa disebut Peterson Coil. Uraian Vektor Arus dan Tegangan sistem dalam keadaan normal dan kondisi terjadi gangguan satu fasa ketanah dapat dilihat pada gambar 4 dan 5 berikut dibawah ini.

Seperti halnya uraian vektor tegangan dan arus pada sistem Netral mengambang, pada kondisi normal tagangan sistem tiap fasanya seimbang (selama nilai kapasitansi jaringan ketanah seimbang pada tiap fasanya) dan vektor tegangan ini ditunjukkan pada gambar 4. Pada kondisi gangguan satu fasa (A) ketanah, arus kapasitif pada uraian vektor arus pada sistem Netral mengambang dikompensir oleh arus induktif IL sehingga di titik gangguan tanah arus kapasitif jaringan dan arus induktif dari sistem pentanahan netral saling menjumlahkan. Karena vektor arus kapasitif dan arus induktif berbeda fasa 180 , maka besar arus gangguan tanah di titik gangguan tanah menjadi saling mengurangi dan menjadi kecil. Mengingat resonansi pada frekwensi dasar antara Induktansi kumparan Peterson dan kapasitansi jaringan jangan sampai terjadi, yang maksudnya untuk menghindari impedansi maksimum yang bisa menyebabkan terjadinya tegangan lebih, maka nilai induktansi L di set agak sedikit bersifat kompensasi lebih atau kompensasi kurang. Untuk tetap menjaga agar arus gangguan tanah selalu kecil sehingga tidak terjadi Arcing Ground, pe-ngembangan jaringan distribusi akibat bertambah luasnya daerah pelayanan yang memberi konsekwensi bertambah besarnya arus kapasitif sewaktu gangguan satu fasa ketanah, maka setelan nilai reaktansi Peterson Coil perlu selalu diperiksa apakah masih sesuai dengan nilai reaktansi kapasitif jaringan. Jadi diperlukan personil (engineer) yang selalu mengikuti perkembangan jaringan agar keandalan sistem penyaluran distribusi tetap terjaga dengan baik.Bila gangguan tanah yang terjadi adalah gangguan tanah permanen, maka sistem dapat berjalan terus tanpa pemutusan bagian yang terganggu itu. Pada kondisi ini konduktor fasa yang terganggu ketanah tetap berpotensial nol terhadap tanah, sementara naiknya tegangan dua fasa yang sehat terhadap tanah sebesar 3 kali Eph (sebesar Eph-ph) tetap bertahan selama gangguan tanah pertama tadi belum di clearkan. Stress tegangan lebih yang bertahan dalam waktu lama dapat membahayakan isolator di sepanjang jaringan. Pada kondisi terakhir ini, kemungkinan isolator terlemah didalam jaringan dapat tembus tegangan dan membentuk gangguan tanah baru, sehingga terjadilah gangguan dua fasa ketanah yang terdiri dari dua gangguan tanah ditempat yang berbeda. Kejadian ini biasa disebut cross country fault.


VAN

VBN VCNN

A

B C

Gambar 4: Vektor tegangan sistem kondisi normal


VNG

VBG VCG

N

A,G

B C

ICC

ICB

ICTI LL

Bila kejadian cross country fault didalam sistem cukup besar kemungkinannya, maka gangguan tanah yang pertama harus dapat segera di clear kan, agar tidak terjadi gangguan tanah kedua.

4. KOMPONEN ARUS, TEGANGAN PADA SISTEM PENTANAHAN NETRAL LANGSUNG (SOLID) SEWAKTU GANGGUAN SATU FASA KETANAH.

Usaha lain yang dapat membuat Relai Gangguan Tanah bekerja pasti adalah dengan menerapkan pentanahan Netral langsung (solidly grounded). Dari logikanya, jelas mudah dipahami bahwa arus gangguan satu fasa ketanah akan sangat besar sekali, mungkin sama besar dengan arus gangguan tiga fasa, bahkan bisa lebih besar pada lokasi gangguan tanah tertentu, arus gangguan tanah yang besar inilah yang memberikan kepastian pada kerja Relai Gangguan Tanah. Walaupun demikian arus gangguan tanah ini hanya mempunyai komponen Watt yang kecil saja, selebihnya yang besar adalah komponen VAR. Sehingga tidak banyak berpengaruh terhadap daya di poros mesin, tetapi besar pengaruhnya terhadap peralatan pengatur tegangan otomatis (AVR) pada penguat medan di Generator.Pentanahan Netral langsung ini banyak diterapkan di sistem Distribusi TM di Amerika, sementara di Indonesia, yang menganut sistem pentanahan seperti ini adalah di sistem Distribusi TM di Jawa Tengah yang memang meng adopt pentanahan Netral TM sistem di Amerika. Hal ini disebabkan oleh karena PLN menyerahkan sepenuhnya kepada standar yang digunakan konsultan dari Amerika pada awal pembangunannya dulu. Pentanahan ini kemudian ditetapkan dalam SPLN No 88 tahun 1991.Dalam operasinya, ternyata sistem pentanahan netral langsung tidak dikembangkan kedaerah lain.Dengan sistem pentanahan netral langsung memungkinkan jaringan dibebani dengan Trafo Distribusi satu fasa, dari hal ini diketahui bahwa ketidak seimbangan beban akan besar kemungkinannya terjadi, kawat netral menjadi teraliri arus dan selanjutnya bisa mengakibatkan pergeseran tegangan kawat netral setelah arus beban mengalir sampai jarak tertentu. Untuk menghindari hal ini, maka pada jaringan kawat netral perlu untuk ditanahkan lagi dibanyak titik dengan nilai tahanan pentanahan yang rendah. Tambahan persyaratan ini sering tidak bisa dipenuhi PLN, dan dianggap menyulitkan baik sewaktu pembangunan jaringan baru atau menjaga/memelihara sistem pentanahan kawat netral yang sudah ada. Karena sulitnya, sampai data kondisi pentanahan kawat netral jaringan boleh dikatakan tidak ada. Sehingga mutu tegangan pelayanan ke konsumen menjadi sulit untuk dinyatakan persentase pergeseran tiap fasa terhadap nilai nominalnya.Tinjauan diatas adalah untuk jaringan distribusi dalam kondisi tidak ada gangguan hubung singkat. Pada kondisi gangguan satu fasa ketanah (jenis gangguan yang cukup sering frekwensinya) akan jelas diketahui bahwa tegangan fasa yang terganggu akan mengalami kedip sampai tinggal beberapa persen saja dari nilai nominalnya. Hal ini juga sudah menjadi keluhan konsumen apalagi dengan frekwensi gangguan yang cukup tinggi. Dengan alasan inilah, kemungkinan PLN tidak lagi mengembangkan sistem pentanahan Netral langsung di tempat lain, jadi hanya di PLN Distribusi Jawa Tengah.


VAN

VBN VCNN

A

B C

Gambar 6: Vektor tegangan sistem kondisi normal Gambar 7: Vektor V dan I saat gangguan tanah

VAGA

VA’GIFG

VC’GN,G

B C

VB’G

Untuk melihat berapa besar pengaruh pergeseran vektor tegangan dan arus pada sistem pentanahan netral langsung sewaktu gangguan satu fasa ketanah (sebelum ditripkan oleh Relai gangguan tanah), berikut dapat dilihat kemungkinan pergeseran tersebut.Karena netral sistem ditanahkan langsung ke tanah, dan bila terjadi gangguan satu fasa ketanah (misalnya di fasa A) dengan tahanan gangguan sebesar 0 , maka potensial titik gangguan tanah akan berimpit dengan netral sistem.Arus gangguan tentunya akan membentuk sudut terhadap tegangan fasa terganggu (A) sebesar sudut line (antara 70 s/d 80), sehingga posisi tegangan terminal fasa terganggu disisi sumber akan bergeser sedikit dari titik netral, artinya tidak berimpit dengan titik netral sistem akibat adanya nilai reaktansi sumber dan impedansi line.


Ketentuan Tahanan Pembumian Jaringan

a. Pembumian pengaman JTR dan JTM terpisah dan tiang-tiang JTR &JTM terpisah.

Tahanan pembumian menyeluruh ( trafo,Tiang dan PHB ) maksimum 5 Ohm

Tahanan pembumian menyeluruh maksimum 10 Ohm apabila :

Trafo kecil ( maksimum 50 KVA fasa tunggal, 150 KVA fasa tiga )

Konsumen sedikit / rendah

Tahanan Jenis tanah tinggi

b. Untuk pembumian JTM dan JTR digabung , dimana JTM adalah kabel tanah, nilai

pembumian JTR berlaku butir a.

c. Pembumian JTR dan JTM yang digabung dimana JTR dan JTM dipasang di tiang yang

lama maka :

Bila arus gangguan satu fasa ketanahg di JTM lebih kecil 300 A maka tahanan

pembumian menyeluruh JTR dan JTM maksimum 0,2 Ohm.

Bila sistem dengan netral JTM ditanahkan dengan tahanan tinggi , maka nilai

tahanan pembumian menyeluruh JTM dan JTR adalah 0,2 Ohm.

Sistem dengan pembumian mengambang, maka nilai pembumian berlaku

seperti butir a. diatas.

d. JTR dan JTM mempunyai hantaran netral bersama

Pentanahan sekurang – kurangnya 4 buah setiap 1609 meter ( 1 mil ) dan besar tahanan

pembumian setiap elektroda 25 Ohm atau 6,25 Ohm untuk setiap 1,609 meter.


SISTEM PEMBUMIAN

(PENTANAHAN)

KLINIK LISTRIK - CV. KOPESERA ENGINEERING PT.PLN

( PERSERO )

AREA PELAYANAN JARINGAN MALANG


pentanahan kopesera revisi 1

Documents

Transcript of pentanahan kopesera revisi 1