Pentanahan Ii [PDF]

Citation preview

Dr. Ir. Muhamad Haddin, MT.



Suatu sistem dikatakan tidak diketanahkan (DELTA), apabila tidak ada hubungan galvanis antara sistem dengan tanah.



𝐸𝐴 , 𝐸𝐵 , 𝐸𝐶 𝐸𝐴𝑁 , 𝐸𝐵𝑁 𝐸𝐶𝑁 𝑍𝐴 , 𝑍𝐵 , 𝑍𝐶



: : :



𝑁



:



tegangan fasa-tanah. tegangan fasa-netral. impedansi kapasitif fasa-fasa A, B dan C dari sistem terhadap tanah. titik netral sistem.



Menurut hukum Kirchoff: 𝐼𝐴 + 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶 = 0 atau : 𝐸𝐴 𝑍𝐴



+



𝐸𝐵 𝑍𝐵



+



𝐸𝐶 𝑍𝐶



=0



2.1 2.2



 Pada umumnya sistem tenaga listrik selalu ada ketidakseimbangan kapasitif (capacitive unbalance).  Sangat sulit untuk menghilangkan sama sekali ketidakseimbangan.  Upaya untuk memperkecil ketidakseimbangan dilakukan dengan men-transposisi-kan penghantar.



Sebagai akibat dari ketidakseimbangan kapasitif, maka tegangan ke tanah menjadi tidak seimbang, jadi : 𝐸𝐴 + 𝐸𝐵 + 𝐸𝐶 ≠ 0



2.3



Segi tiga tegangan dengan titik netral N dan tanah G. N = titik netral atau titik berat geometris dari segitiga ABC. G = titik tanah atau titik berat elektris



Dari Gambar tsb dapat dibuat persamaan𝐸𝐴 𝐸𝐵 𝐸𝐶 persamaan berikut ini, + + = 0 𝑍𝐴



𝑍𝐵



𝑍𝐶



𝐸𝐴 = 𝐸𝐴𝑁 + 𝐸𝑁𝐺 𝐸𝐵 = 𝐸𝐵𝑁 + 𝐸𝑁𝐺 (2.4) 𝐸𝐶 = 𝐸𝐶𝑁 + 𝐸𝑁𝐺 dengan: 𝐸𝑁𝐺 = tegangan netral terhadap tanah pada sistem delta (neutral displacement of delta system due to capacitive unbalance), dan



𝐸𝐴𝑁 + 𝐸𝐵𝑁 + 𝐸𝐶𝑁 = 0



(2.5)



Dengan mengisikan Persamaan (2.4) dalam Persamaan (2.2) diperoleh : 𝐸𝐴𝑁 𝑍𝐴



+



𝐸𝐵𝑁 𝑍𝐵



+



𝐸𝐶𝑁 𝑍𝐶



1 𝑍𝐴



+



1 𝑍𝐵



+



1 𝑍𝐶



𝐸𝑁𝐺 = 0



(2.6)



Sebutlah : 𝐸𝐴𝑁 𝑍𝐴



+



𝐸𝐵𝑁 𝑍𝐵



+



𝐸𝐶𝑁 𝑍𝐶



= 𝐼𝑢



Substitusi Persamaan (2.7) Persamaan (2.6) diperoleh , 𝐸𝑁𝐺 = −𝐼𝑢 𝑍𝐺



(2.7)



dalam (2.8)



dengan: 1 𝑍𝐺



=



1 𝑍𝐴



+



1 𝑍𝐵



+



1 𝑍𝐶



= admitansi ekivalen sistem terhadap tanah.



𝐼𝑢 = arus yang seharusnya mengalir bila titik neutral N diketanahkan tanpa impedansi dan disebut arus ketidakseimbangan dari sistem itu vang disebabkan oleh ketidakseimbangan kapasitif 𝑍𝐴 , 𝑍 dan 𝑍𝑐 . 𝐵



2.1.



Bila terjadi hubung singkat ke tanah, arus hubung singkat, 𝐼𝐹𝐺 =



𝐸𝑝ℎ 𝑍𝐺



+ 𝐼𝑢



(2.9)



Tetapi arus 𝐼𝑢 sangat kecil dibandingkan dengan arus hubung singkat 𝐼𝐹𝐺 , dan dapat diabaikan sehingga Persamaan (2.9) dapat dituliskan sebagai, 𝐼𝐹𝐺 =



𝐸𝑝ℎ



(2.10)



𝑍𝐺



Hasil bagi Persamaan (2.8) dan Persamaan (2.10), 𝐼𝑢 𝐼𝐹𝐺 2.1.



=



𝐸𝑁𝐺 𝐸𝑝ℎ



= beberapa persen



(2.11)



Gambar 2.5. (a). Sistem delta dalam keadaan gangguan tanah (b) Segi tiga tegangan dan arus hubung singkat 2.1.



Dengan mengabaikan arus ketidakseimbangan, Iu , ini berarti, dalam keadaan hubung singkat, kita menganggap bahwa ketiga impedansi kapasitif kawatkawat terhadap tanah sama atau: 𝑍𝐴 = 𝑍𝐵 = 𝑍𝐶 = 𝑍 Maka arus hubung singkat, Gambar 2.5, 𝐼𝐹𝐺 = − 𝐼𝐵 + 𝐼𝐶



2.1.



𝐼𝐵



𝐸𝑝ℎ 𝐸𝐿−𝐿 = = 3 𝑍 𝑍



𝐼𝐶



𝐸𝑝ℎ = 3 𝑍



(2.12)



Jadi : 𝐼𝐹𝐺



𝐸𝑝ℎ 𝐸𝑝ℎ = − 3𝐼𝐵 = − = 𝑍ൗ 𝑍𝑧 3 𝐸𝑝ℎ = − ൗ𝑍𝐺 (2.13)



atau 𝐼𝐺𝐹 = −𝐼𝐹𝐺 = arus gangguan hubung singkat kawat tanah pada sistem delta. 2.1.



Arus gangguan kapasitif dari sistem DELTA tidak tergantung dari tempat terjadinya gangguan, dan hanya tergantung dari kapasitansi sistem ke tanah. Pada sistem transmisi pengaruh kapasitansi dari seluruh sistem dapat digantikan dengan satu kapasitansi ekivalen. Dengan anggapan ini kita hanya memperhitungkan arus gangguan kapasitif sistem transmisi yang besarnya: 𝐼𝐹𝐺 = 𝐸𝑝ℎ 2𝜋𝑓. 𝐶0 10−3 . 𝑘𝑟 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 (2.14) dengan : 𝐸𝑝ℎ = tegangan fasa sistem dalam KV. 𝐶0 = kapasitansi urutan nol dari sistem dalam 𝜇𝐹. 𝑘𝑟 = faktor koreksi Tabel 2.1 2.2.



Faktor koreksi kr diperlukan dalam memperhitungkan arus bocor yang belum dimasukkan yaitu yang disebabkan pengaruh kapasitansi dari isolator-isolator dan alat- alat lainnya yang ternyata berpengaruh sekali terhadap arus gangguan tersebut, Tabel 2.1.



2.2.



Tabel 2.1. Harga faktor koreksi untuk bermacam-macam tegangan sistem Tegangan sistem K V



Faktor koreksi 𝑘𝑟



11 33 66 110 154 220



1,16 1,13 1,11 1,09 1,08 1,07



2.2.



Di dalam praktek arus hubung singkat, 𝐼𝐹𝐺 dapat diperoleh dari rumus-rumus pendekatan di bawah ini. Rumus ini berlaku untuk saluran transmisi tunggal. Kawat Transmisi Udara : 𝐾𝑉𝐿−𝐿 𝑥 𝑘𝑚𝑠 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 260



(2.15)



𝐾𝑉𝐿−𝐿 𝑥 𝑘𝑚𝑠 25 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 260



(2.16)



𝐼𝐹𝐺 = Kabel tanah : 𝐼𝐹𝐺 = H – H kabel :



𝐾𝑉𝐿−𝐿 𝑥 𝑘𝑚𝑠 60 𝐴𝑚𝑝𝑒𝑟𝑒 260



𝐼𝐹𝐺 = (2.17) (kms = kilometer sirkuit) Harga-harga yang lebih teliti dapat diperoleh dari tabel di bawah ini, Tabel 2.2.



Tabel 2.2. Besar arus kapasitif gangguan tanah untuk hantaran udara dalam Amper per-km. (*) Tegangan



Tanpa Kawat Tanah



Satu Kawat Tanah



Dua Kawat Tanah



Kerja (KV)



1-linc



2-line



1 -line



2-line



1 line



2-line



30



0,108



. 0,140



0.116



0,151



0,124



0,161



70



0,245



0,392



0,265



0,432



0,282



0,452



Untuk kabel tiga urat : 25 X Hantaran Udara Untuk kabel 1 urat



: 50 X Hantaran Udara



(*) Harga-harga dalam tabel diturunkan dari buku T & D Westinghouse. 11 2.2.



Hunter dan Light memberikan rumus untuk menghitung arus kapasitif gangguan tanah, berdasarkan Persamaan (2.14). 𝐼𝐹𝐺 =



10.000 2𝜋𝑓𝑥𝑙, 49 3



𝑥10−6 𝑥𝑙, 15 𝐴𝑚𝑝. 𝑝𝑒𝑟 100 𝑘𝑚.



(2.18)



dengan asumsi: 1,49 uF per 100 kilometer sirkuit hantaran udara dengan kawat tanah, dan koreksi 15%. Jadi : 𝐼𝐹𝐺 = 5 A untuk 50 Hz = 6 A untuk 50 Hz



2.2.



Untuk transmisi tanpa kawat tanah harga arus gangguan diambil 80% dari harga yang diberikan oleh Persamaan (2.18). Rumus di atas adalah harga pendekatan. Untuk memperoleh harga yang lebih teliti harus dihitung harga-harga kapasitansi urutan nol dari setiap saluran dalam sistem.



2.2.



Nilai arus gangguan kapasitif ini sangat perlu diketahui, karena beberapa pengalaman pada berbagai-bagai sistem dengan netral terisolir pada tegangan kerja yang berbeda-beda telah menunjukkan bahwa gangguan tanah yang menimbulkan busur tanah itu dapat padam dengan sendirinya hanya apabila arus gangguan kapasitif tidak lebih dari 5 Amper.



2.2.



Busur listrik dengan arus yang lebih besar akan menimbulkan bahaya, oleh karena itu perlu dicari jalan untuk menghilangkan akibat-akibat yang merugikan. Salah satu jalan ialah dengan mengetanahkan langsung titik netral trafo daya atau mengetanahkan melalui reaktansi rendah. Penyelesaian yang lain adalah dengan mengetanahkan melalui kumparan Petersen. Cara ini sekaligus dapat melenyapkan gangguan tanah dengan membuat busur tanah padam sendiri, atau setidak-tidaknya bila gangguan masih terus berlangsung, arus pada titik gangguan yang mengalir ke tanah sudah mencapai suatu harga yang tidak lagi membahayakan peralatan.



Jadi dapat disimpulkan bahwa pada sistem-sistem yang masih kecil dalam keadaan gangguan satu fasa ke tanah yang permanen, sistem masih diperbolehkan beroperasi terus tanpa mengisolir bagian yang terganggu. Sedangkan untuk gangguan tanah yang temporer, sistem itu bisa kembali ke keadaan normal, sebab adanya pemadaman sendiri tanpa terjadinya pembukaan pemutus daya. Jadi untuk sistem-sistem yang kecil, sistem delta itu masih menguntungkan. Tetapi bila sistem itu sudah besar, pemadaman sendiri tidak pasti lagi sebab adanya busur tanah yang tidak padam dan yang terakhir ini akan menimbulkan tegangan transien yang tinggi yang dapat membahayakan peralatan.



Soal-Soal:



2.2.



1. Suatu



saluran udara 33 KV, 300 kms, 50 Hz, menggunakan tiang kayu, kapasitansi total = 4,55 F. a. Dengan menggunakan Persamaan (2.14) tentukanlah besar arus gangguan kapasitif sistem itu. b. Dengan menggunakan Persamaan (2.15) tentukanlah besar arus gangguan kapasitif sistem itu. c. Dengan menggunakan Persamaan (2.18) tentukanlah besar arus gangguan kapasitif sistem itu. Bandingkanlah ketiga hasil yang diperoleh diatas.



2.2.



2.



2.2.



Suatu sistem tenaga 66 KV, 50 Hz, mempunyai impedansi shunt kapasitif : 𝑍𝐴 = 𝑍𝐶 = 1,08𝑍𝐵 = −𝑗900 𝑂ℎ𝑚. a. Tentukanlah besar arus ketidakseimbangan Iu. b. Tentukanlah besar tegangan ketidakseimbangan ENG. c. Tentukanlah besar arus gangguan kapasitif IFG.



3.



Suatu sistem tenaga 33 KV, 50 Hz, mempunyai kapasitansi ke tanah sbb, : C = Cr = 5 F. eB = 5,3 F. a. Tentukanlah besar arus ketidakseimbangan Iu . b. Tentukanlah besar tegangan ketidakseimbangan ENG.



c.



2.2.



Tentukanlah besar arus gangguan kapasitif IFG.



3.



Suatu sistem tenaga 33 KV, 50 Hz, mempunyai kapasitansi ke tanah sbb, : C = Cr = 5 F. eB = 5,3 F. a. Tentukanlah besar arus ketidakseimbangan Iu . b. Tentukanlah besar tegangan ketidakseimbangan ENG.



c.



2.2.



Tentukanlah besar arus gangguan kapasitif IFG.



4.



Selesaikanlah Soal 2.2. bila: ZA = 0,95 ZB dan Zg = 0,95 ZB



dimana ZC = — j 1.000 ohm.



5.



2.2.



Selesaikanlah Soal 2.1. bila tegangan sistem 69 KV, dan kapasitansi total = 6,4 F.



6.



Suatu sistem besar, 150 KV, 50 Hz, mempunyai impedansi shunt kapasitif : a. Tentukanlah besar arus ketidakseimbangan Iu . b. Tentukanlah besar tegangan ketidakseimbangan ENG.



c.



2.2.



Tentukanlah besar arus gangguan kapasitif IFG.