Pengetanahan Peralatan dan Sistem/Netral

WAHYUDITeknik Elektro ITS

Pengetanahan/pentanahan

1. Pentanahan sistem hubungan ketanah dari salah satu konduktor yang dilalui arus tenaga dari suatu sistem tenaga listrik pentanahan netral dari sistem tenaga

2. Pentanahan peralatan hubungan ketanah bagian dari peralatan yang pada kerja normal tidak dilalui arus

Pentanahan peralatan

Tujuan :• Membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak

dialiri arus dan antara bagian ini dengan tanah ( pada harga aman ) pada semua kondisi

• Untuk memperoleh impedansi yang kecil/rendah dari jalan balik arus hubung singkat ketanah

Secara garis besar• Mencegah terjadinya tegangan kejut yang berbahaya untuk orang

dalam daerah tersebut• Memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besar dan lamanya

dalam keadaan gangguan ketanah tanpa menimbulkan bahaya• Untuk memperbaiki performance dari sistem

Besarnya tegangan kejut/sentuh yang diizinkan :

• Tegangan rendah 50 volt

• Tegangan tinggi 125 volt

Type elektroda pentanahan

a.Elektroda tipe rodPentanahan elektroda tipe rod adalah penanaman batang-batang

konduktor secara vertikal ke dalam tanah,yang fungsinya untuk memperkecil tahanan pentanahan.

b.Elektroda tipe gridBatang elektrode sejajar permukaan tanah, yang berfungsi untuk

meredam terjadinya tegangan langkah yang terjadi.

h

c. Elektroda tipe counterpoiseType ini digunakan untuk pertanahan kaki menara

yang, fungsinya lebih bersifat meredam tegangan sisa akibat gelombang berjalan pada puncak menara.

d. Elektroda tipe platPentanahan dengan metode ini menggunakan plat tembaga

berukuran 1 x 1 meter yang ditanam pada kedalaman tanah minimum 1 meter dan dihubungkan dengan peralatan yang ditanahkan..

e. Elektroda tipe gabunganPentanahan tipe gabungan adalah

gabungan dari tipe pentanahan yang ada. Tujuannnya adalah agar mendapatkan keandalan yang lebih baik

Harga typical resistivitas dari beberapa jenis tanah

Penampang konduktor yang digunakan :

)1234

log(

10*5,8 6

a

am

T

TT

tIA

A = penampang

I = arus yg mengalir (A)

t = lama gangguan ( det)

= temp. sekeliling( )

= temperatur max( )

)( 2mm

mT

aTTitik cair tembaga

sambungan las

baut C

C

C

o

o

o

250

450

1083 Co

Co

Eight strips burried

Six strips buried

Four strips buried

Three strips burried

Two strips buried

Two strips burried

Two strips on surface

Strip buried

Strip on Surface

Vertical electrode buried

Vertikal electrode on Surface

Type of Electrode Side View Top View Formula Ref

L

h

L d

d

L

d

L/2

d

L/2

d

h

hd

L/2

d a

L/2

d a

L/2

L/4d

L/6d

L/8d

L/3d

L/2d

d

L/2

d

1

1

1

2

3

2

2

2

2

2

2

Ref. Table : d<<L d<<4h<<L/n d<<a<<L/n

d

L

L

d

L

LR

36.1

4ln

2

)18

(ln2

Lh

Lh

d

L

LR

2

2

36.1

4ln

2

d

L

LR

36.1

2ln

hd

L

LR

85.1ln

2

2

da

L

LR

85.12ln

2

22

4

4

42.316ln

2

haA

hdaA

L

LR

hd

L

LR

27.1ln

2

2

hd

L

LR

767.0ln

2

2

hd

L

LR

69.2

10ln

2

42

hd

L

LR

42.9

10ln

2

32

hd

L

LR

217.0ln

2

2

Macam -

macam

Elektroda

Grounding

dengan

Formula

Harga

Teoritis

Tahanan

Grounding

Pentanahan netralTujuan pentanahan:• Untuk mengurangi/menghilangkan busur tanah akibat busur

listrik yang timbul saat gangguan• Membatasi tegangan pada phasa-phasa yang tak terganggu

Metode-metode pengetanahan:1. Pengetanahan melalui tahanan

- tahanan rendah Ro > 2Xo- tahanan tinggi Ro < Xo/3

2. Pengetanahan melalui reaktor Xo < 10 X13. Pengetanahan tanpa impedansi4. Pengetanahan effektif Xo < 3X1 & Ro < X1 5. Pengetanahan dengan kumparan Petersen ( Petersen coil )

Sistem tak ditanahkan

Tak ada hubungan galvanic antara sistem dengan tanah

Kerugiannya :• Arcing ground tak dapat hilang ( >5A ) • Arsing ground padam sendiri ( <5A )• Arcing ground selalu timbul bila ada gangguan dan berulang-

ulang tegangan lebih• Tegangan phasa yang tak terganggu naik V3 Vphasa• Arus gangguan ketanah (Io) kecil rele pengaman gangguan

ketanah sulit ditrapkan

Menurut hukum Kirchoff I

Ia + Ib + Ic = 0

Ea/Za + Eb/Eb + Ec/Zc = 0

Akibat ketidak seimbangan kapasitif

Ea + Eb + Ec 0

Sistem keadaan normal

dan

Iu = arus ketidak seimbangan akibat ketidak seimbangan kapasitif

0

CNBNAN

NGCNC

NGBNB

NGANA

EEE

EEE

EEE

EEE

U

C

CN

B

BN

A

AN

NG

CBAC

CN

B

BN

A

AN

C

CGCN

B

NGBN

A

NGAN

IZ

E

Z

E

Z

E

EZZZZ

E

Z

E

Z

E

Z

EE

Z

EE

Z

EE

0111

0

sedang

CBAG

GUNG

ZZZZ

ZIV

1111

= admitansi ekivalen sistem thdp tanah

Sistem delta/tak ditanahkan saat gangguan ketanah

<<

Saat hubung singkat ketanah

arus hubung singkat u

G

ph

FG IZ

EI

G

ph

FGZ

EI FGI

ZZZZ CBA

G

ph

FG

phph

BFG

Z

EI

Z

E

Z

EII

3

33

FGGF II = arus hubung singkat ketanah pd sistem delta

Z

EI

Z

E

Z

EI

III

ph

C

phLLB

CBFG

3

3

UI

Arus gangguan kapasitif ;

- tidak tergantung letak gangguan

- tergantung kapasitansi sistem ke tanah

PENENTUAN BESAR ARUS GANGGUAN KETANAH

rphFG kfCEI .10)2( 3

0

Harga faktor koreksi

Tegangan sistem (KV) Faktor koreksi kr

11 1,16

33 1,13

66 1,11

110 1,09

164 1,08

220 1,07

260

kmsKVI LL

FG

26025

kmsKVI LL

FG

26060

kmsKVI LL

FG

Secara praktis arus hubung singkat IFG

Kawat transmisi udara

Kabel tanah

H – H kabel

Sistem yang ditanahkan Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan metode pentanahan :

• Selektivitas dan sensitivitas dari ground foult relay• Pembatasan besar arus gangguan ketanah• Tingkat pengamanan terhadap tegangan surja dengan arrester• Pembatasan tegangan lebih transient

Pengaruhnya terhadap :

• Keekonomisan sistem• Perencanaan serta tata letak dari sistem• Kontinuitas pelayanan

Pemilihan sistem pentanahan

Methoda pengetanahan

1. Diketanahkan effektifPengetanahan tanpa impedansi dan reaktansi rendah “dapat”termasuk pengetanahan effektif

Keuntungan:• Tegangan frekwensi dasar dapat dikontrol dengan baik• Arcing ground tak terjadi, Isc menghapuskan Icap dan

menghilangkan pengaruhnya• Proteksi gangguan tanah sederhana• Tegangan arrester dapat diperbesar 25%

Keburukannnya:• Tiap gangguan hubung singkat saluran putus• Arus gangguan besar merusak alat2 • Membahayakan manusia• Merusak isolatr akibat arus susulan• Tegangan lebih yang besar timbul pada phasa yang terganggu

2. Ditanahkan tanpa impedansi ( langsung )

Keuntungan :• Tegangan sistem yang tak terganggu tetap• Biaya pembatasan Isc ketanah termurah• Arcing ground tak terjadi, Isc menghilangkan Icap dan

menghilangkan pengaruhnya

Kerugian :• Kesalahan hubung singkat ketanah banyak • Isc ketanah umumnya lebih kecil Isc2ph tetapi ada

kemungkinan 3xIsc2ph mempengaruhi sistem komunikasi• Kenaikan Isc merusak saluran • Kenaikan Isc menurunkan stabilitas

IFG

+IcfIcIb

Icf

IFG IbVaVb

Vc

Ic

PENTANAHAN LANGSUNG

-Ic

-Ib

3. Pengetanahan dengan tahanan

Keuntungan :• Stabilitas sistem terjamin• Effek-effek yang merusak pada pentanahan langsung

ditekan• Memungkinkan penggunaan macam-macam proteksi• Mengurangi momentary voltage dip pada saat timbul dan

lenyapnya gangguan ketanah

Kerugian :• Titik netral akan bergeser • Harga peralatan, bagian untuk transformator akan menjadi

lebih tinggi• Banyak panas yang terbuang• Tegangan phasa yang terganggu akan lebih tinggi daripada

sistem tak ditanahkan

-Ic-IbIFG

+Icf

PENTANAHAN DENGAN TAHANAN

Icf

IFG

-Ic

-Ib

Vc

Vb

+Icf

Ifx

IfR

IFG= = IcIb

IfR sephasa dng Va

(teg yg terganggu)

SPLN 26 TH 1980 : sistem 20 KV

• Tahanan rendah 12 ohm Iscmax 1000 A untuk jaringan kabel tanah

• Tahanan rendah 40 ohm Iscmax 300 A untuk saluran udara dan gabungan saluran udara dengan kabel tanah

• Tahanan tinggi 500 ohm Iscmax 25 A untuk saluran udara

4. Pengetanahan dengan reaktansi• Pada dasarnya samadengan tahanan hanya saja

diganti dengan kumparan/reaktor

Keuntungan :• Isc diperkecil dan tegangan phasa tak terganggu

terbatas naiknya ( 1,73 Vph )• Arcing ground tak membvahayakan• Menentukan kerja relay yang memuaskan• Mengurangi interferennsi pada circuit komunikasi

-Ic-Ib

IFG

+Icf

PENTANAHAN DENGAN REAKTANSI

Icf

IFG

-Ic

-Ib

Vc

Vb

Untuk PC X diatur sehingga IFG = Icf

5. Pengetanahan dengan Petersen CoilSama dengan reaktor hanya saja bisa diubah-ubah

Keuntungan :• Isc dapat dibuat kecil sekali• Gejala arcing ground hilang• Kontinuitas pelayanannya tak terganggu• Tegangan lebih transient dapat dikurangi• Effek-effek terhadap sistem komunikasi dapat diperkecil• Mengurangi kejutan pada sistem

Kerugiannya :• Tak dapat mengkompensir gangguan 2phasa ketanah• Tak dapat menghilangkan gangguan satu ketanah yang

menetap • Tak dapat mencegah tegangan lebih secara keseluruhan • Tak dapat mengkompensir rugi-rugi daya dan harmonisa

Perbandingan berbagai sistem pentanahan

Sistem pengaman saluran transmissi

Pengaman Gangguan Ketanah Dengan Sistem

Differensial

WAHYUDITeknik Elektro ITS

PENGAMAN GANGGUAN KE TANAH DENGAN SISTEM DIFFERENTIAL

Bila titik netral ditanahkan langsungSeluruh belitan generator/transformator dapat diamankan terhadap gangguan ke tanah

Bila ditanahkan melalui tahanan pentanahanTidak mungkin seluruh belitan dapat diamankan prosentase (%) belitan yang diamankan tergantung harga tahanan pentanahan dan setting rele gangguan tanah

Rele gangguan tanah dan sistem pengaman differential

% belitan yang tak diamankan = V

100 x 0Z.I

terhadap gangguan ke tanah, dimana :

I0: arus yang menyebabkan rele

beroperasi

Z : impedansi ()

V : tegangan line – netral

YANG PERLU DIPERHATIKAN Rating arus dari tahanan Harga / besar tahanan Setting rele dsb Umumnya 80 – 85 % belitan diamankan 20 – 15 % dari sisi

netratidak diamankan ditambahkan pengaman gangguan ketanah

%

Contoh soal• Suatu alternator 10 MVA; 6,6 KV dibebani

8 MVA, alternator tsb diamankan dengan rele differential dimana rele akan beroperasi bila ada ketidak seimbangan arus sebesar 20%, belitan yang tak teramankan adalah 10%. Tentukan besar tahanan pentanahannya bila reaktansi alternator 10% dan tahanannya diabaikan