Proposal Skripsi Jeri Noplayadi [PDF]

Citation preview

BAB I PENDAHULUAN



1.1 Latar Belakang Masalah Gardu induk merupakan salah satu bagian dari sistem tenaga listrik yang berpotensi mengalami gangguan yang disebabkan oleh sambaran petir, yaitu tegangan impuls petir, tegangan impuls hubung buka, dan tegangan impuls petir terpotong dan arus gangguan. Tegangan impuls dan arus gangguan yang ditimbulkan dapat merusak fungsi peralatan sistem tenaga listrik, sehingga tegangan impuls dan arus bocor yang ditimbulkan harus dialirkan ke bumi untuk mendapatkan batas keamanan peralatan sistem tenaga listrik dan tubuh manusia disekitar area gardu induk. Sistem pentanahan (grounding system) menjadi bagian dari sistem tenaga listrik yang memiliki fungsi mengetanahkan apabila terjadi muatan tegangan atau arus lebih sehingga dapat meminimalisir gangguan yang ditimbulkan. Untuk nilai pentanahan yang ideal harus memenuhi syarat dengan nilai R mendekati nilai 0 atau ≤ 5 Ohm. Tegangan dan arus gangguan diatas tidak mengalir kedalam tanah diakibatkan karena kegagalan isolasi peralatan dan nilai tahanan pentanahan yang cukup besar. Sambaran petir merupakan salah satu gangguan yang cukup berbahaya tehadap sistem tenaga listrik di Indonesia, hal ini dapat terjadi dikarenakan aktivitas petirnya tertinggi di dunia dan amplitudo arus puncak petirnya relatif lebih besar atau sebagian besar lebih tinggi dari isolasi yang diterapkan pada sistem tenaga listrik yang ada. Dengan tingginya jumlah sambaran petir pertahun dan amplitudo arus puncak petirnya mencapai ratusan kilo Ampere, maka sangat diperlukan



perhatian



ekstra



terhadap



dampak



yang



mungkin



dapat



ditimbulkannya. Salah satu dampak yang dapat ditimbulkannya adalah besarnya tegangan lebih yang akan terjadi pada saat petir tersebut menyambar. Tegangan lebih ini dapat terjadi, baik akibat sambaran langsung maupun sambaran tidak langsung dan semuanya akan merasakan adanya tegangan lebih pada saat struktur 1



yang terbuat dari metal disekitar sambaran tersebut. Pengaruh sambaran petir itu bisa menyebabkan terganggunya kontinuitas pelayanan daya terhadap konsumen akibat kerusakan pada peralatan sistem tenaga listrik. Untuk mengatasi gangguan yang mungkin terjadi salah satu komponen yang di perhatikan adalah sistem pembumian. Jika sistem pembumian kurang baik maka akan terjadi kenaikan tegangan pada setiap titik pembumian. Apabila hal ini tidak ditanggulangi besar kemungkinan akan terjadi kegagalan isolasi pada GI tersebut. Untuk itu menentukan besar resistansi pembumian, impedansi impuls perlu dilakukan serta pengaruhnya terhadap sistem pembumian GI. Berdasarkan uraian di atas, Penulis tertarik melakukan penelitian dengan judul “STUDI ANALISA PENGARUH PETIR PADA SISI G.I INDARUNG PADANG..... Tbk” 1.2 Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang dikemukan tersebut, maka dapat dirumuskan suatu permasalahan yaitu : 1. Apa pengaruh sambaran petir terhadap Gardu induk Indarung padang. 2. Mengevaluasi pentanahan Gardu induk Indarung padang. 3. Melakukan Pengambilan data pada Pentanahan Gardu Induk Indarung padang. 1.3 Batasan Masalah Dari identifikasi rumusan masalah yang ada dan untuk memperoleh gambaran yang jelas tentang ruang lingkup penelitian dan kedalaman pembahasan, maka penelitian ini akan membatasi masalah : 1. Penelitian ini hanya meneliti sistem pentanahan Gardu induk Indarung padang 2. Penelitian ini hanya melakukan pengaruh petir terhadap sisi G.I Indarung Padang. 3. Penelitian ini hanya membahas efek yang terjadi pada sambaran petir terhadap peralatan sistem tenaga listrik. 4. Penelitian ini membahas pengaruh pentanahan terhadap sambaran petir.



2



1.4 Tujuan Penelitian Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk : 1. Untuk mendapatkan nilai tahanan pentanahan pentanahan untuk mengamati efek yang ditimbulkan sambaran petir pada sisi Gardu induk Indarung padang. 2.



Mengevaluasi sistem pertanahan GI Gardu Induk untuk Mengamankan atau mengurangi tegangan lebih terutama akibat sambaran petir.



1.5 Manfaat Penelitian Manfaat penelitian ini adalah : 1.



Untuk menambah ilmu pengetahuan tentang sistem pertanahan Pada Gardu Induk Indarung padang.



2.



Untuk mengetahui efek sambaran petir pada sistem tenaga listrik terutama pada sisi Gardu Induk Indarung padang.



1.6 Sistematika Penulisan BAB I PENDAHULUAN Menjelaskan tentang latar belakang, permasalahan, batasan permasalahan, tujuan penulisan, manfaat penulisan dan sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Berisi tentang pengertian dan teori-teori penunjang yang berhubungan dengan masalah diatas. BAB III METODE PENELITIAN Menjelaskan tentang metode penelitian, peralatan yang diteliti,objek penelitian ,lokasi, serta data spesifikasi transformator dan data kelistrikan gedung. BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Meliputi pengolahan data tentang hasil perhitungan pengaruh pengoperasian beban-beban non linear dan konsep-konsep atau prinsip-prinsip yang terkandung dalam proses yang diteliti.



3



BAB V PENUTUP Berisikan tentang kesimpulan yang dapat diambil berdasarkan analisa data dari hasil pengamatan dan pembahasan skripsi serta saran-saran yang bersifat membangun.



4



BAB II TINJUAN PUSTAKA 2.1 Pengertian Tegangan Induksi Tegangan dalam ilmu kelistrikan adalah perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Induksi adalah gejala timbulnya gaya gerak listrik didalam suatu kumparan / konduktor bila terdapat perubahan fluks magnetic pada konduktor bila tersebut atau bila konduktor bergerak relative melintasi medan magnetic. Induksi ditimbul karena adanya medan magnit yang ditimbulkan di sepanjang penghantar yang dialiri arus petir. Besar intensitas induksi dipengaruhi dengan besar kecuraman maksimum arus petir atau ( di / dt ) max dengan adanya medan magnet ini disekitar peghantar arus petir tersebut menimbulkan tegangan induksi pada titik-titik medan magnet tersebut dirasakan. Kuat medan magnit yang ditimbulkan arus petir pada penghantar penyalur dirasakan pada jarak r dinyatakan : H=



i 2 πr



(A/m)



(2.1)



Dimana : H



= Medan magnet (A/m)



i



= Arus maksimum petir (A)



r



= Jarak penghantar penyalu petir dengan penghantar logam



. Faktor-faktor yang mempengaruhi tegangan induksi, yaitu : a) Banyaknya lilitan kumparan, b) Kecepatan menggerakkan magnet, dan kuatnya medan magnet. c) Perubahan medan magnet disebabkan oleh perubahan kerapatan Garis Gaya Magnet. Perubahan medan magnet dapat terjadi jika : 5



a) Magnet digerakkan dalam kumparan (contoh: Dinamo Sepeda) b) Kumparan digerakkan dalam medan magnet (contoh: Generator) c) Kumparan dihubungkan dengan arus bolak-balik (contoh: Transformator) d) Perubahan garis gaya magnet yang semakin rapat menyebabkan medan magnet yang semakin besar. Sebaliknya, perubahan gaya magnet yang semakin kurang rapat menyebabkan medan magnet yang semakin lemah. Arus Induksi adalah arus yang terjadi akibat adanya perubahan kuat medan magnet atau perubahan jumlah garis gaya magnet dalam kumparan atau arus induksi adalah arus yang terjadi karena tegangan induksi. Arus listrik induksi dihasilkan dengan memutar-mutar kumparan diantara kutub-kutub magnet. 2.2 Petir Peristiwa petir merupakan gejala alam yang tidak bisa dicegah oleh manusia. Petir adalah suatu fenomena cahaya yang terang benderang yang dihasilkan oleh tenaga listrik alam yang terjadi diantara awan-awan atau awan ketanah, sering terjadi bila cuaca mendung atau badai, petir merupakan peristiwa alam yaitu proses pelepasan muatan listrik ( electrical discharge ) yang terjadi di atmosfer. Petir biasanya menyambar objek yang tertinggi pada suatu daerah. Secara fisika petir merupakan gejala alam yang bisa kita analogikan dengan sebuah kapasitor raksaa, dimana lempeng pertama adalah awan ( bisa lempeng negative atau lempeng positif ) dan lempeng kedua adalah bumi ( dianggap netral). Penangkal petir adalah rangkaian jalur yang difungsikan sebagai jalur atau jalan bagi petir menuju ke permukaan bumi, tanpa merusak benda-benda yang dilewatinya. 2.3 Sistem Transmisi Gardu Listrik Saluran Transmisi pada sistem tenaga listrik merupakan media yang digunakan untuk mentransmisikan energi listrik dari pusat tenaga listrik hingga ke sistem distribusi. Pada sistem transmisi, energi listrik yang disalurkan berjarak cukup jauh, Itu mengapa tegangan yang ditransmisikan dinaikkan ke tegangan 6



ekstra tinggi 500 kV atau tegangan tinggi 150 kV untuk mengurangi rugi-rugi daya pada saat energi tersebut dihantarkan, dan selanjutnya kita akan membahas peran terhadap gardu induk. Gardu Induk adalah sub sistem dari sistem transmisi atau penyaluran tenaga listrik. Sebagai subsistem dari sistem transmisi tenaga listrik, peranan Gardu Induk sangat besar. Jadi, pengoperasian Gardu Induk ini tidak bisa dipisahkan sama sekali dari sistem transmisi listrik. Gardu Induk juga bisa diibaratkan sebagai terminal atau stasiun transmisi, di mana tegangan listrik bisa diatur apabila tegangan turun. Masih banyak fungsi yang dimiliki oleh Gardu Induk ini, selengkapnya bisa Anda simak ulasan di bawah ini. 



Fungsi gardu induk Gardu Induk memang memegang peranan penting dalam sistem transmisi



listrik, dari pembangkit ke konsumen.Berikut beberapa fungsi yang dimiliki oleh Gardu Induk:  Mentransformasikan tegangan, di mana Gardu Induk bisa menaikkan serta menurunkan tegangan.  Mengatur aliran listrik dari satu transmisi ke transmisi lain, untuk kemudian didistribusikan kepada konsumen.  Mengukur dan mengawasi operasi sekaligus mengamankan sistem tenaga listrik.  Mengatur pelayanan beban ke Gardu Induk lain sekaligus ke Gardu Distribusi.  Media untuk menurunkan dan mengubah tegangan transmisi menjadi tegangan distribusi.  Media untuk telekomunikasi. Dari beberapa fungsi di atas, fungsi utama dari Gardu Induk adalah untuk mentransformasikan tegangan dari pembangkitan. Hal ini karena transmisi daya membutuhkan



tenaga



yang



besar,



sedangkan



pembangkit



hanya



bisa



membangkitkan listrik sekitar 6-20 kV saja.



7



2.4 Gardu Induk Gardu induk merupakan salah satu bagian dari sistem tenaga listrik yang berpotensi mengalami gangguan yang disebabkan oleh sambaran petir, yaitu tegangan impuls petir, tegangan impuls hubung buka, dan tegangan impuls petir terpotong dan arus gangguan. Tegangan impuls dan arus gangguan yang ditimbulkan dapat merusak fungsi peralatan sistem tenaga listrik, sehingga tegangan impuls dan arus bocor yang ditimbulkan harus dialirkan ke bumi untuk mendapatkan batas keamanan peralatan sistem tenaga listrik dan tubuh manusia disekitar area gardu induk. Gardu Induk merupakan sub sistem dari sistem penyaluran (transmisi) tenaga listrik, atau merupakan satu kesatuan dari sistem penyaluran (transmisi), Penyaluran (transmisi) merupakan sub sistem dari sistem tenaga listrik. Berarti, gardu induk merupakan sub-sub sistem dari sistem tenaga listrik. Sebagai sub sistem dari sistem penyaluran (transmisi), gardu induk mempunyai peranan penting, dalam pengoperasiannya tidak dapat dipisahkan dari sistem penyaluran (transmisi) secara keseluruhan. Gardu Induk sebagai salah satu komponen pada sistem penyaluran tenaga listrik memegang peranan yang sangat penting karena merupakan penghubung pelayanan tenaga listrik ke konsumen. .4.1



Fungsi Gardu Induk Fungsi gardu induk adalah:  Menerima dan menyalurkan tenaga listrik sesuai dengan kebutuhan pada tegangan tertentu dengan aman dan dapat diandalkan  Penyaluran daya ke gardu induk lainnya dan gardu – gardu distribusi melalui penyulang tegangan menengah.  Dari tegangan ekstra tinggi ke tegangan tinggi (500 KV/150 KV).  Dari tegangan tinggi ke tegangan yang lebih rendah (150 KV/ 70 KV).



8



 Dari tegangan tinggi ke tegangan menengah (150 KV/ 20 KV, 70 KV/20 KV).  Dengan frequensi tetap (di Indonesia 50 Hertz).  Untuk pengukuran, pengawasan operasi serta pengamanan dari sistem tenaga listrik.  Pengaturan pelayanan beban ke gardu induk-gardu induk lain melalui tegangan tinggi dan ke gardu distribusi-gardu distribusi, setelah melalui proses penurunan tegangan melalui penyulang-penyulang (feeder- feeder) tegangan menengah yang ada di gardu induk.  Untuk sarana telekomunikasi (pada umumnya untuk internal PLN), yang kita kenal dengan istilah SCADA. .4.2



Jenis Gardu Induk Jenis Gardu Induk bisa dibedakan menjadi beberapa bagian yaitu : 



Berdasarkan besaran tegangannya.







Berdasarkan pemasangan peralatan







Berdasarkan fungsinya.







Berdasarkan isolasi yang digunakan.







Bedasarkan sistem (busbar).



Dilihat dari jenis komponen yang digunakan, secara umum antara GITET dengan GI mempunyai banyak kesamaan. Perbedaan mendasar adalah : 



Pada GITET transformator daya yang digunakan berupa 3 buah tranformator daya masing – masing 1 phasa (bank tranformer) dan dilengkapi peralatan reaktor yang berfungsi mengkompensasikan daya rekatif jaringan.







Sedangkan pada GI (150 KV, 70 KV) menggunakan Transformator daya 3 phasa dan tidak ada peralatan reaktor.



Berdasarkan besaran tegangannya, terdiri dari :  Gardu Induk Tegangan Ekstra Tinggi (GITET) 275 KV, 500 KV. 9



 Gardu Induk Tegangan Tinggi (GI) 150 KV dan 70 KV.



.4.3



Peralatan Pada Gardu Induk 



Busbar atau Rel Merupakan titik pertemuan/hubungan antara trafo-trafo tenaga,



Saluran Udara TT, Saluran Kabel TT dan peralatan listrik lainnya untuk menerima dan menyalurkan tenaga listrik/daya listrik. Ada beberapa jenis konfigurasi busbar yang digunakan saat ini, antara lain: 



Sistem cincin atau ring. Semua rel/busbar yang ada tersambung satu sama lain dan membentuk



seperti ring dan cincin.



gambar 2.1 Sistem Cincin atau ring 



Busbar Tunggal atau Single busbar semua perlengkapan peralatan listrik dihubungkan hanya pada satu /



single busbar pada umumnya gardu dengan sistem ini adalah gardu induk diujung atau akhir dari suatu transmisi.



Gambar 2.2 Sistem busbar tunggal atau single busbar 



Busbar Ganda atau double busbar 10



Adalah gardu induk yang mempunyai dua / double busbar . Sistem ini sangat umum, hamper semua gardu induk menggunakan sistem ini karena sangat efektif untuk mengurangi pemadaman beban pada saat melakukan perubahan.



Gambar 2.3 Sistem Busbar Ganda atau double Busbar.







Busbar satu setengah atau one half busbar gardu induk dengan konfigurasi seperti ini mempunyai dua busbar juga sama seperti pada busbar ganda, tapi konfigurasi busbar seperti ini dipakai pada Gardu induk Pembangkitan dan gardu induk yang sangat besar, karena sangat efektif dalam segi operasional dan dapat mengurangi pemadaman beban pada saat melakukan perubahan sistem. Sistem ini menggunakan 3 buah PMT didalam satu diagonal yang terpasang secara seri.



Gambar 2.4 Sistem Busbar satu setengah atau one half busbar 11



 Ligthning Arrester biasa disebut dengan Arrester dan berfungsi sebagai pengaman instalasi (peralatan listrik pada instalasi Gardu Induk) dari gangguan tegangan lebih akibat sambaran petir (ligthning Surge) maupun oleh surja hubung ( Switching Surge ). 4.2.4.4.4Transformator instrument atau Transformator ukur Untuk proses pengukuran digardu induk diperlukan tranformator instrumen. Tranformator instrument ini dibagi atas dua kelompok yaitu:



 Transformator Tegangan Transformator tegangan adalah trafo satu fasa yang menurunkan tegangan tinggi menjadi tegangan rendah yang dapat diukur dengan Voltmeter yang berguna untuk indikator, relai dan alat sinkronisasi. 



Transformator arus Digunakan untuk pengukuran arus yang besarnya ratusan amper lebih yang



mengalir pada jaringan tegangan tinggi. Jika arus yang mengalir pada tegangan rendah dan besarnya dibawah 5 amper, maka pengukuran dapat dilakukan secara langsung sedangkan untuk arus yang mengalir besar, maka harus dilakukan pengukuran secara tidak langsung dengan menggunakan trafo arus (sebutan untuk trafo pengukuran arus yang besar). Disamping itu trafo arus berfungsi juga untuk pengukuran daya dan energi, pengukuran jarak jauh dan rele proteksi. 



Transformator Bantu (Auxilliary Transformator) Trafo yang digunakan untuk membantu beroperasinya secara keseluruhan



gardu induk tersebut. Dan merupakan pasokan utama untuk alat-alat bantu seperti motor-motor listrik 3 fasa yang digunakan pada motor pompa sirkulasi minyak trafo beserta motor motor kipas pendingin. Yang paling penting adalah sebagai pemasok utama sumber tenaga cadangan seperti sumber DC, dimana sumber DC ini merupakan sumber utama jika terjadi gangguan dan sebagai pasokan tenaga untuk proteksi sehingga proteksi tetap bekerja walaupun tidak ada pasokan arus AC. Transformator bantu sering disebut sebagai trafo pemakaian sendiri sebab selain fungsi utama diatas, juga digunakan untuk penerangan, sumber untuk sistim 12



sirkulasi pada ruang baterai, sumber pengggerak mesin pendingin (Air Conditioner) karena beberapa proteksi yang menggunakan elektronika/digital diperlukan



temperatur



ruangan



dengan



temperatur



antara



20ºC



-28ºC.



Untuk mengopimalkan pembagian sumber tenaga dari transformator bantu adalah pembagian beban yang masing-masing mempunyai proteksi sesuai dengan kapasitasnya masing-masing. Juga diperlukan pembagi sumber DC untuk kesetiap fungsi dan bay yang menggunakan sumber DC sebagai penggerak utamanya. Untuk itu disetiap gardu induk tersedia panel distribusi AC dan DC. 



Sakelar Pemisah (PMS) atau Disconnecting Switch (DS) Berfungsi untuk mengisolasikan peralatan listrik dari peralatan lain atau



instalasi lain yang bertegangan. PMS ini boleh dibuka atau ditutup hanya pada rangkaian yang tidak berbeban. Mengenai Sakelar pemisah akan dibahas pada postingan selanjutnya. 



Sakelar Pemutus Tenaga (PMT) atau Circuit Breaker (CB) Berfungsi untuk menghubungkan dan memutuskan rangkaian pada saat



berbeban (pada kondisi arus beban normal atau pada saat terjadi arus gangguan). Pada waktu menghubungkan atau memutus beban, akan terjadi tegangan recovery yaitu suatu fenomena tegangan lebih dan busur api, oleh karena itu sakelar pemutus dilengkapi dengan media peredam busur api tersebut, seperti media udara dan gas SF6. Mengenai PMT atau CB ini sudah dibahas pada artikel sebelumnya. 



Sakelar Pentanahan Sakelar ini untuk menghubungkan kawat konduktor dengan tanah / bumi



yang berfungsi untuk menghilangkan/mentanahkan tegangan induksi pada konduktor pada saat akan dilakukan perawatan atau pengisolasian suatu sistem. Sakelar Pentanahan ini dibuka dan ditutup hanya apabila sistem dalam keadaan tidak bertegangan (PMS dan PMT sudah membuka) 



Kompensator Kompensator didalam sistem Penyaluran tenaga Listrik disebut pula alat



pengubah fasa yang dipakai untuk mengatur jatuh tegangan pada saluran transmisi atau transformator, dengan mengatur daya reaktif atau dapat pula dipakai untuk menurunkan rugi daya dengan memperbaiki faktor daya. Alat 13



tersebut ada yang berputar dan ada yang stationer, yang berputar adalah kondensator sinkron dan kondensator asinkron, sedangkan yang stationer adalah kondensator statis atau kapasitor shunt dan reaktor shunt. 



Peralatan SCADA dan Telekomunikasi Data yang diterima SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)



interface dari berbagai masukan (sensor, alat ukur, relay, dan lain lain) baik berupa data digital dan data analog dan dirubah dalam bentuk data frekwensi tinggi (50 kHz sampai dengan 500 kHz) yang kemudian ditransmisikan bersama tenaga listrik tegangan tinggi. Data frekwensi tinggi yang dikirimkan tidak bersifat kontinyu tetapi secara paket per satuan waktu. Dengan kata lain berfungsi sebagai sarana komunikasi suara dan komunikasi data serta tele proteksi dengan memanfaatkan penghantarnya dan bukan tegangan yang terdapat pada penghantar tersebut. Oleh sebab itu bila penghantar tak bertegangan maka Power Line Carrier (PLC) akan tetap berfungsi asalkan penghantar tersebut tidak terputus. Dengan demikian diperlukan peralatan yang berfungsi memasukkan dan mengeluarkan sinyal informasi dari energi listrik di ujung-ujung penghantar. Materi ini akan dibahas lebih lanjut pada artikel selanjutnya. 



Rele Proteksi dan Papan Alarm (Announciator) Rele proteksi yaitu alat yang bekerja secara otomatis untuk mengamankan



suatu peralatan listrik saat terjadi gangguan, menghindari atau mengurangi terjadinya kerusakan peralatan akibat gangguan dan membatasi daerah yang terganggu sekecil mungkin. Kesemua manfaat tersebut akan memberikan pelayanan penyaluran tenaga listrik dengan mutu dan keandalan yang tinggi. Sedangkan papan alarm atau announciator adalah sederetan nama-nama jenis gangguan yang dilengkapi dengan lampu dan suara sirine pada saat terjadi gangguan, sehingga memudahkan petugas untuk mengetahui rele proteksi yang bekerja dan jenis gangguan yang terjadi. 2.5 Sistem Pembumian Gardu Induk Menentukan sistem pembumian gardu induk yang berfungsi dengan baik dari keseluruhan pemasangan pembumian dan mempunyai arti untuk mengalirkan arus 14



gangguan ke tanah. Itu sangat penting bahwa pembumian gardu induk memiliki tahanan pembumian yang rendah, agar kapasitas arus terjaga dan orang terlindung dari bahaya. Semua pagar gardu induk di konstruksi dan dipasang pembumian grid yang bertujuan untuk menjaga masyarakat dan orang yang bekerja. 2.6 Sistem Pembumian Grid Peralatan gardu induk sebaiknya dipasang pembumian grid dengan penghantar yang besar berguna untuk memperkecil tahanan pembumian dan batas tegangan diantara peralatan dan permukaan tanah pada nilai yang diijinkan Pembumian grid merupakan salah satu sistem pembumian yang banyak digunakan pada gardu induk karena mempunyai beberapa keuntungan dibandingkan dengan sistem pembumian lainnya. Beberapa keuntungan tersebut antara lain pemasangannya lebih mudah terutama pada daerah berbatu, gradien tegangan pada sistem pembumian grid akan lebih rata.Sistem pembumian grid dilakukan dengan cara menanamkan batang – batang konduktor sejajar dengan permukaan tanah pada kedalaman tertentu. Batang batang konduktor tersebut terhubung satu dengan yang lainnya, sehingga membentuk beberapa buah mesh.. Distribusi tegangan tergantung pada jarak elektroda paralel, makin besar jarak elektroda maka terdistribusi tegangannya makin tidak rata dan makin dekat jarak elektroda paralel maka terdistribusi tegangannya semakin merata. Menurut Schwarz’s nilai tahanan sistem penegentanahan gabungan/GRIDROD ( R g ) dapat ditentukan dengan cara menentukan terlebih dahulu tahanan pengentanahan Grid ( R1) tahanan penegentanahan Rod ( R2) dan tahanan pengetanahan bersama ( Rm ¿ sebagai berikut :



15



Gambar 2.5 Pentanahan sistem Grid-Rod (sumber IEEE Std 80,2000:168) Tahanan pengentanhan grid ( R1) menggunaan persamaan : 2 Lc K 1 × Lc ρ ln + −K 2 πLc a' √A



[( )



R 1=



]



(2.1)



Tahanan pengentanahan rod R2 menggunakan persamaan : R 2=



ρ ¿ 2 π n R LR



(2.2)



Tahanan pengentanhan bersama ( Rn ) menggunakan persamaan : Rm =



2 Lc K 1 × LC ρ ln + −K 2+1 πLc Lr √A



[( )



]



(2.3)



Sehingga total unutuk nilai tahanan penegentanahan untuk sistem gabungan/Grid-Rod ( R g) dapat menggunakan persamaan : R1 R 2−Rm2 R g= R 1+ R 2−2 R m



(2.4)



Dimana : Rg



= Tahanan pengentanahan (Ω)



ρ



= Tahanan jenis tanah (Ω-m)



LC



= Panjang total konduktor grid (m)



A



= Luas area sistem pengentanahan (m 2)



LR



= Panjang total konduktor rod (m)



Lr



= Panjang panjang konduktor rod (m)



nR



= Jumlah konduktor batang/rod (Ω)



a'



= √ a ×2 h, untuk konduktor yang ditanam pada kedalaman h (Ω)



h



= Kedalaman penanaman konduktor (m) 16



a



= Diameter konduktor pengentanhan grid (m)



b



= Diameter konduktor pengentanhan rod (m)



K 1 dan K 2 = Koefisien yang tergantung dari perbanding panjan dan lebar .6.1 Tahanan Pembumian Pembumian yang ideal harus memberikan nilai tahanan pembumian mendekati nol atau ≤ 1 ohm untuk gardu induk bertegangan tinggi (ANSI/IEEE Std 80 – 2000). Sebagai perkiraan pertama, sebuah nilai minimum dari tahanan pembumian gardu induk pada tanah yang seragam (uniform) untuk lapisan pertama (permukaan tanah) saja dapat dihitung dengan persamaan : R g=



ρ 4



√



π A



(2.5)



Dimana : R g= Tahanan pembumian gardu induk (Ohm) A = Luas area pentanahan grid (m2) ρ



= Tahanan jenis tanah (Ohm-m)



Kemudian, pada lapisan kedua dengan adanya gabungan antara grid dan batang rod untuk tanah yang seragam, jumlah konduktor grid dan konduktor batang rod yang ditanam pada kedalaman tertentu sehingga diperoleh persamaan seperti dibawah ini menurut Laurent, P. G., 1951 dan Nieman, J, 1952: R g=



ρ 4



√



π ρ + A LT



(2.6)



Dimana : LT = total dari panjang konduktor yang tertanam(m) Menurut Sverak , selanjutnya dari persamaan 2 dimasukkan nilai pada efek kedalaman grid. R g=ρ



[



1 1 1 + 1+ LT √ 20 A 1+h √20/ A



(



)]



(2.7)



17



Dimana : h = kedalaman penanaman konduktor (m). Menurut Schwarz Kaitan yang dapat diikuti pada persamaan dalam menentukan tahanan total pembumian yang tanahnya homogen yang terdiri dari grid horizontal dan penghantar rod vertikal. Persamaan schwarz dapat dilanjutkan untuk mengetahui tahanan kawat penghantar pembumian disebut R1, pada tahanan pembumian grid keseluruhan disebut R2, Rm merupakan tahanan diantara kumpulan penghantar grid dan kumpulan pembumian rod – rod sedangkan Rg merupakan tahanan pembumian dapat dilihat pada persamaan 4 R g=



R1 × R2−R m



2



(2.8)



R 1 × R 2−2 × Rm



Tahanan penghantar pembumian grid dapat dilihat pada persamaan 4 R 1=



2 Lc k 1 × Lc ρ ln + −K 2 π Lc a' √A



[( )



]



(2.9)



Dimana : ρ = Tahanan jenis tanah dalam satuan (Ω.m) Lc = Total panjang penghantar keseluruhan grid yang terhubung dalam satuan (m) a ' =√ A × 2h umtuk kedalaman penghantar dalam satuan m atau a ' adalah penghantar di permukaan tanah dalam satuan (m) A = area bagian penghantar dalam m 2 k 1 , k 2 = koefisien Untuk mencari nilai tahanan rod pembumian dapat dilihat persamaan 2.10 R 2=



4 LR 2k × L R 2 ρ ln −1+ 1 n R −1 ) ( √ 2 π n R LR b √A



[( )



]



(2.10)



18



Dimana : LR = panjang setiap rod dalam satuan (m) 2b = diameter rod dalam satuan (m) n R = area A letak penamaan rod Mutu tahanan pembumian antara R1 dan R2 yaitu Rm dan dapat di tuliskan pada persamaan 2.11 Rm =



ρa 2 Lc k 1 × L c ln + −K 2+1 π Lc a' √A



[( )



]



(2.11)



.7 Tahanan Jenis Tanah Faktor keseimbangan antara tahanan pembumian dan kapasitansi disekeliling adalah tahanan jenis tanah yang direpresentasikan dengan ρ. Harga tahanan jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan jenis tanah yaitu:  Keadaan struktur tanah antara lain ialah struktur geologinya, seperti tanah liat, tanah rawa, tanah berbatu, tanah berpasir, tanah gambut dan sebagainya.  Unsur kimia yang terkandung dalam tanah, seperti garam, logam dan mineral – mineral lainnya.  Kelembaban tanah seperti basah atau kering  Temperatur tanah dan jenis tanah. Besar tahanan pembumian pada sistem pembumian ditentukan oleh tahanan jenis tanah. Jadi pada suatu perencanaan sistem pembumian, harus dilakukan terlebih dahulu pengukuran tahanan jenis tanah di tempat tersebut. Berdasarkan harga tahanan jenis tanah tersebut, maka selanjutnya dibuat perencanaan sistem pembumiannya. .8



Bahaya – Bahaya Yang Timbul Pada Gardu Induk Pada Keadaan Gangguan Tanah Secara umum kita tinjau bahaya – bahaya yang mungkin ditimbulkan oleh



tegangan atau arus listrik terhadap manusia mulai dari yang ringan sampai



19



paling yang berat yaitu pingsan atau mati.Ringan atau berat bahaya yang timbul, tergantung dari faktor – faktor dibawah ini sebagai berikut: 



Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut.







Besarnya arus yang melewati tubuh manusia.







Jenis arus, searah atau bolak – balik. Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia,



dalam hal terjadi tegangan kontak langsung atau dalam hal manusia berada didalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Sebenarnya yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus yang mengalir dalam tubuh manusia. Arus gangguan ini akan mengalir melalui bagian – bagian peralatan yang terbuat dari logam dan juga mengalir dalam tanah disekitar gardu induk. Arus gangguan tersebut dapat menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Untuk menganalisa lebih lanjut akan ditinjau beberapa kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang yang sedang berada di dalam dan sekitar gardu induk tersebut. Untuk menganalisa keadaan ini maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang sedang berada didalam atau sekitar gardu induk tersebut pada saat terjadi kesalahan ke tanah. Pada hakekatnya tegangan selama mengalirnya arus gangguan tanah dapat digambarkan sebagai berikut: a.



Tegangan sentuh



b.



Tegangan langkah



.8.1



Tegangan Sentuh Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu obyek



yang disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa objek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pembumian yang berada di bawahnya, seperti yang terlihat pada Gambar 1 menurut IEEE 80 - 2000. 20



Gambar 2.6 Tegangan Sentuh Manusi dengan berat badan 50 dan 70 kg yang berada diantara satu objek dapat dihitung tegangan sentuh pada persamaan 8 dan 9 dibawah ini. Et 70=( 1000+1.5Cs . ρs )



0,157 √t



Et 50=( 1000+1.5Cs . ρs )



0,116 √t



(2.12)



(2.13)



Dimana : Et 50 = tegangan sentuh untuk berat badan manusia 50 kg Et 70 = tegangan sentuh untuk berat badan manusia 70 kg Cs



= faktor reduksi nilai resistivitas permukaan tanah



ρs = tahanan jenis permukaan material (lapisan batu koral),Ohm-m t = waktu gangguan tanah (waktu kejut) ,detik Apabila tidak ada pengaman yang digunakan pada lapisan permukaan dimana Cs = 1 dan ρs =ρ Cs dapat dianggap sebagai faktor koreksi untuk menghitung efektif kaki perlawanan di hadapan dengan ketebalan hingga permukaan material. Nilai Cs dapat digunakan 5 % dari nilai analisa metode menurut (Thapar, Gerez, and Kejriwal). Faktor reduksi dari nilai resistivitas permukaan tanah diformulasikan



21



C s=1−



ρ ρs



( ( ))



0,09 1−



(2.14)



2hs +0,09



Dimana : hs = ketebalan lapisan batu koral ( m) ρ = tahanan jenis tanah (Ohm-m) ρs = Tahanan jenis permukaan material lapisan batu koral (ohm-m)



Tabel 2. Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan berdasarkan IEEE Std 80 – 2000. Lama Gangguan (t) (detik)



Tegangan Sentuh Yang Diizinkan (Volt)



1



0,1



1980



2



0,2



1400



3



0,3



1140



4



0,4



990



5



0,5



890



6



1



626



7



2



443



8



3



362



NO



22



Untuk pembumian grid dengan model bujur sangkar maupun empat persegi panjang (rectangular grid) menurut IEEE Std 80-2000 mempunyai batasan : 1. Jumlah konduktor parallel dalam satu sisi kurang dari 25(n