Nama : Gerlan Rizky Anggarin

NIM : 2211121017

Soal.

1. Carilah IEEE 80-2000 !

2. Jelaskan cara pemasangan Ligthning Arester pada Gardu Induk, Busbar dan

Transformator

Jawaban.

No. 1

IEEE 80-2000 Menerangkan mengenai prinsip proteksi dan gangguan pentanahan kabel

( Grounding ) pada gardu induk Melalui Arrester

Perencanaan sistem pengetanahan pada gardu induk didasarkan pada Standard IEEE 80-2000,

“ IEEE Guide for Safety in Substation Grounding”, dengan urutan / langkah- langkah

perhitungan 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

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 diizinkan

12.  Menghitung  tegangan langkah yang sebenarnya.

13.  Pemeriksaan tegangan transfer (trasferred potensial).

11.2.3.  Tata Letak (Layout) 

kisi-kisi (grid) pengetanahan mengunakan konduktor tembaga bulat yang ditanam pada

seluruh batas gardu induk. Pengetanahan tata letak sistem pengetanahan pada gardu induk

dapat dilihat pada gambar 11.1. pada gambar tersebut diberikan panjang konduktor termasuk

batang pengetanahan = 1.600.

11.2.4. Tahanan Jenis Tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah pada lokasi gardu induk diambil pada beberapa titik lokasi.

Tahanan jenis dapat di hitung dengan menggunakan persamaan (10.4) dan dapat ditulis

sebagai:

                                       ρ = 2 π a R

Di mana :

ρ           =  tahanan jenis rata-rata tanah (ohm-meter)

a           =  jarak antara batang elektroda yang terdekat (meter)

R          =  besar tahanan yang terukur (Ohm)

Misalkan hasil pengukuran di lokasi gardu induk tersebut diperoleh besar tahanan jenis tanah

rata-rata ρ : 750 Ohm-meter.

11.2.5 Arus Fibrasi

Menyebabkan jantung mulai fibrilasi, dapat dihitung berdasarkan persamaan (9.5) atau

(11.2)                           

Di mana:

Ik   = arus fibrilasi (amp)

t  = lama waktu gangguan (detik) = 0,75 detik. (*)

Lama waktu gangguan t  terganggu dari beberapa faktor, antara lain stabilitas sistem tipe

switchgear dan tipe rele dan pemutus daya yang digunakan. Sebegitu jauh sebelum ada

standar mengenal 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 dimasukkan pada persamaan (11.2)

diperolah:

                                    Ik  = 0,134 amp

11.2.6. Jumlah Batang Pengatanahan Yang Diperlukan

Pada waktu arus gangguan mengalir antara batang pengetanahan dan tanah, tanah akan

menjadi panas akibat arus I 2 ρ .suhu tanah harus di bawah 1000C untuk menjaga sampai

terjadi penguapan pada air kandungan dalam tanah dan kenaikan tahanan jenis.

Kerapatan arus yang yang diizinkan pada permukaan batang pengetanahan dapat dihitung

persamaan:

                                    I = 3,1414 × 10-2  d

Di mana :

i    =  kerapatan arus yang diizinkan (amp/cm)

d    =  diameter batang pengetanahan (mm) = 15 mm (diambil

δ    =  panas spesifik rata-rata tanah (kutang lebih 1,75 × 106 watt-detik,     

         tiap m3 tiap 0p).

 θ    =  kenaikan suhu tanah yang diizinkan (0C)

ρ    =  tahanan jenis tanah (Ohm-meter)

t     =  lama waktu gangguan = 0,75 detik.

Kenaikan suhu tanah yang diizinkan adalah antara perbedaan temperatur rata-rata tahanan

dan 1000C. misalkan kenaikan suhu diambil =50 0C, maka kerapan arus i.

                        i  =  0,186 amp/cm ( ρ  = 750 Ohm-meter).

Seluruh panjang batang pengetanahan yang diperlukan dihitug dari pembagian arus gangguan

ke arah tanah  dengan kerapatan arus yang diizinkan, sedangkan jumlah batang pengetanahan

yang diperlukan  diperoleh dari pembagian panjang total dengan panjang satu batang. Jadi

bila  besar arus gangguan 1200 Ampere (lihat pasal 2.7) maka jumlah batang pengetanahan

minimum dengan panjang 3,5 meter.

                          = 19 batang

11.2.7.  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 petersen yang dilengkapi dengan tahanan shunt. Besar arus gangguan

tanah diambil 30% dari arus hubung singkat tiga fasa, yaitu setelah kumparan petersen

dipararel oleh tahanan. Dalam disain ini dimisalkan arus gangguan sebesar 1200 amp.

11.2.8  Ukuran Konduktor Kisi-Kisi

Rumus berikut yang dikembangkan oleh I.M.Onderonk, dapat digunakan untuk menentukan

ukuran dalam ukuran dari konduktor tembaga minimum yang dipakai sebagai kisi-kisi

pengetanahan.

Di mana :

A  =  penampang konduktor (circular mils). (*)

I     =  arus gangguan ( = 1200 Amp)

t     =  lama gangguan ( = 0,75 detik)

Tm =  lama maksimum konduktor yang diizinkan (= 10830C).

Ta  =  suhu sekeliling tahanan maksimum (=302C).

            Dengan menggunakan harga-harga tersebut diatas pada persamaan (11.4)  diperoleh A= 7146

circular mils atau A = 3,62 mm2. Luas penampang/diameter untuk sambungan-sambungan

dengan pengelasan  atau dengan baut dapat ditentukan dengan mensubtitusikan Tm dalam

persamaan (11.4) yaitu :

-          Untuk pengelasan,  Tm = 4500C.

-          Untuk baut              Tm = 2500C.

Sehingga, Untuk pengelasan , A = 4,71 mm2

       Untuk baut             A = 5,90 mm2

11.2.9.  Tengangan Sentuh yang Diizinkan

Besar tegangan sentuh yang diizinkan dapat ditentukan dengan persamaan (9.2) atau (11.5).

                                    Es = Ik (Rk + 1,5 ρ s).

Dimana :

Ik  = arus fibrilasi ( = 0,134 Amp)

Rk  = tahanan badan manusia (= 1000 Ohm)

ρ s = tahanan jenis permukaan batu kerikil basah dimana orang berdiri = 3000 Ohm-meter

(untuk tanah yang dilapisi hamparan batu koral).

Dengan memasukkan harga-harga tersebut diperoleh:

                        Es = 737 Volt

Tabel Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan berdasarkan IEEE Std 80-

1986.

Lama Gangguan (t) Tegangan Sentuh Yang Diizinkan

(detik) (Volt)

0,1 1980

0,2 1400

0,3 1140

0,4 990

0,5 890

1 626

2 443

3 362

Untuk pentanahan grid dengan model bujur sangkar maupun empat persegi panjang

(rectangular grid) menurut IEEE Std 80-1986 mempunyai batasan :

1.      Jumlah konduktor parallel dalam satu sisi kurang dari 25 (n<25),

2.      0.25 < h < 2.5 dengan  h adalah kedalaman penanaman konduktor (m),

3.      d < 25 m, d adalah diameter penghantar (m),

4.      D > 2.5 m, D adalah jarak antar konduktor parallel (m).

11.2.10.  Tengangan Mesh Atau Sentuh Maksimum Sebenarnya

Tegangan mesh merupakan salah satu bentuk tegangan sentuh. Tegangan mesh ini

didefenisikan 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 yang diambil sebagai tegangan

untuk disain yang aman.

Tegangan mesh itu secar pendekatan sama dengan ρi, dimana ρ tahanan jenis tanah dalam

Ohm-meter dan i arus yang melalui konduktor kisi-kisi. Tetapi tahanan jenis tanah nyatanya

tidak merata. Demikian juga arus i tidak sama pada semua konduktor kisi-kisi. Oleh karena

itu untuk mencakup pengaruh-pengaruh jumlah konduktor pararel n , jarak-jarak konduktor

pararel, D. diameter konduktor, d, dan kedalaman penanaman, h, tegangan  mesh itu dihitung

dari persamaan (11.6).

                                    Em = Km Ki  ρ

Dimana,

       Kn = ln  ln

Ki  = factor koreksi untuk ketidak merataan kerapatan arus, yang dihitung         dengan jarak

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

D   =  jarak antara konduktor-konduktor pararel pada kisi-kisi (=4m)

h   =  kedalam penanaman konduktor (=0,8 m)

d  =  diameter konduktor kisi-kisi (=0,016)

n = jumlah konduktor pararel dalam kisi-kisi utama, tidak termasuk sambungan melintang

(=16)

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

I  =  besar arus gangguan tanah (=1.200 Amp)

L  = panjang konduktor pengetanahan yang ditanam termasuk semua batang pengetanahan (=

1.600 m).

Tegangan sentuh maksimum yang timbul dalam rangkain (mesh) tidak terletak di pusat kisi-

kisi (daerah persegi empat yang dibentuk konduktor kisi-kisi), dimana tegangan mesh diatas

dihitung, tetapi terletak agak dibagian kuar kisi-kisi (grid). Tetapi bila kisi-kisi mempunyai

delapan konduktor pararel 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 pararel atau kurang tidak dibutuhkan perhitungan yang eksak

(teliti) bila dipergunakan factor keselamatan yang sesuai dalam perbandingan antara tegangan

mesh tegangan sentuh yang diizinkan. Jadi bila kisi-kisi mempunyai delapan konduktor

pararel atau kurang, tegangan mesh dapat dihitung dengan persamaan (11.6) dan (11.7). tetapi

bila jumlah konduktor pararel melebihi 8, persamaan sehari-hari sudah cukup menggunakan

persamaan (11.6) dan (11.7) diatas.

Maka,

            Em = 0,3695 × 3,402 × 750 × ( 1.200 / 1.600) = 707 Volt.

Jadi tegangan sentuh sebenarnya (707 Volt) lebih kecil dari tegangan sentuh yang diizinkan

(737 Volt), dengan demikian jaraj antara kisi-kisi serta panjang total konduktor sudah

memenuhi persyaratan.

11.2.11  Tegangan Langkah Yang Diizinkan

Tegangan langkah yang diizinkan  dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (9.3) atau

(11.8)

                                    Eℓ = Ik (Rk + 6 ρs)

Dimana :

I  =  arus fibrilasi (= 0,134 Amp)

R  = tahanan tubuh menusia (= 1000 Ohm)

ρs = tahanan jenis permukaan tanah  (=300 Ohm-meter)

makan diperoleh    Eℓ = 2546 Volt

.

No. 2

Pemasangan LA pada Gardu Induk dan Transformator dilakukan dengan cara memasang LA

harus berada didepan setiap transformator serta harus terdapat sedekat mungkin. Hal ini

diperlukan karena ketika petir / kilatannya menyerang Gardu Induk dan Transformator

sebagai suatu ujung terbuka sehingga gelombang pantulannya tersebut akan saling

memperkuat dengan gelombang yang dating. Pada saat terjadinya hal tersebut Transformator

dapat mengalami tegangan surja dua kali besarnya tegangan gelombang surya yang dating,

sehingga untuk mencegah terjadinya hal ini Lightning Arrester harus dipasang sedekat

mungkin dengan Gardu Induk dan Transformator. Selain akibat tegangan surja yang

memuncak, peran Arrester ini untuk melindungi kerusakan yang fatal di gardu induk. Pada

Gardu Induk Lightning Arrester dipasang terpisah dimana pemasangannya dengan menarik

kabel dari jaringan / tiap jaringan ke tiap arrester nya. Setiap kilatan petir yang mengenai

jaringan baik distribusi maupun transmisi arus petir yang mengalirrnya tersebut akan diputus

oleh arrester, sehingga arus akan habis dan ditanahkan terlebih dahulu, hal inilah yang

menjadikan Gardu Induk selalu aman karena berbagai macam proteksi dipasang disana.

Lightning arrester pada Gardu Induk dan Trafo ini akan bekerja pada tegangan tertentu diatas

dari tegangan operasi yang berfungsi membuang muatan listrik dari surja petir dan berhenti

beroperasi pada tegangan tertentu diatas tegangan operasi agarat tidak terjadi adanya arus

pada tegangan operasi.

Pada Transformator, tingkat isolasi bahan Lightning arrester harus berada dibawah bahan

isolasi Transformator. Agar apabila terjadi flashover, maka flashover nya terjadi pada arrester

dan tidak pada transformator. Sementara proses pemasangan pada busbar Lightning Arrester

dipasang pada setiap rel – rel nya yaitu dipasang pada masing-masing fasa ( R,S,T )

contohnya pemasangan LA pada jaringan bus bar Padalarang 1 dan padalarang 2, Tata

JABAR 1 serta Tata JABAR 2 memiliki Lightning Arester di tiap Rel jaringannya. Artinya

Lightning Arresternya dipasang secara masing-masing disetiap busbar sesuai dengan rel

alamat jaringan nya. Posisi Lightning Arrester pada busbar dipasang berdekatan dengan tiang

pancang nya, dimana setiap tiang dari tiap rel akan dilengkapi oleh 2 s/d 4 Lightning

Arrester. Hal ini dilakukan karena posisi busbar yang rawan sekali langsung terkena petir

sehingga proteksi pada busbar harus bisa memutus arus surja petir yang akan mengalir pada

setiap rel yang akan dialirinya. Dengan adanya Lightning Arrester di tiap busbar, arus petir

akan habis terpangkas akibat ditanahkan ( grounding ).