PEMBUMIAN PADA TEGANGAN RENDAH
Oleh Pribadi Kadarisman & Wahyudi Wahy udi Sarimun.N
PT PLN (Persero) Jasa Pendidikan & Pelatihan wyd sn - pri.k
1
PEMBUMIAN PADA TEGANGAN RENDAH •
•
Pembumian sistem Pembumian peralatan
R S T T.M R1
Fuse Sistem PP
N
Fuse
Sistem PNP R2
R2
Pembumian sistem Pembumian peralatan
wyd sn - pri.k
2
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH PENTANAHAN SISTEM DISAMBUNG DISAMBUNG PADA PADA NETRALNYA TRAFO TEGANGAN RENDAH RENDAH YANG MEMPERGUNAKAN MEMPERGUNAKAN TAHANAN PEMBUMIAN PEMBUMIAN ( R ) SEBESAR 0,1 Ohm R 220 V 220 V 220 V
T.M
380 V
380 V 380 V
S T N
R
SYARAT: TEMBAGA (CU) LUAS PENAMPANG MINIMUM 50 mm 2 • UNTUK MEMPEROLEH NILAI TAHANAN PENTANAHAN HARUS DIUKUR, PENGUKURAN MEMPERGUNAKAN ALAT TAHANAN UKUR PEMBUMIAN. PELAKSANAAN PENGUKURAN PADA SAAT MUSIM KEMARAU ATAU KONDISI TANAH KERING (NILAI TAHANAN < 0,1 OHM) • PENTANAHAN INI TIDAK BOLEH DIGABUNG DENGAN PENTANAHAN PERALATAN •
wyd sn - pri.k
3
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH KEGUNAAN PENTANAHAN SISTEM TR: UNTUK MENGURANGI TEGANGAN SENTUH JIKA TERJADI KEBOCORAN PERALATAN DISISI KONSUMEN PENTANAHAN PADA RUMAH TANGGA MEMPERGUNAKA MEMPERGUNAKAN: N: • SISTEM PNP (PENTANAHAN NETRAL NETRAL PENGAMAN) PENGAMAN) SPLN 3 : 1978 • SISTEM PP (PENTANAHAN PENGAMAN) R S T T.M R1
N
Fuse
Fuse Sistem PP
Sistem PNP R2
R2
SISTEM PP ADALAH SISTEM PENTANAHAN DIRUMAH TANGGA TERPISAH DENGAN PENGHANTAR NETRAL SISTEM PNP ADALAH SISTEM PENTANAHAN DIRUMAH TANGGA DIGABUNG DENGAN PENGHANTAR NETRAL wyd sn - pri.k
4
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH TEGANGAN SENTUH PADA SISTEM PP R S T
Rl
IF
T.M
Fuse
R1
IF =
VPh R1 + R2 + RL
VS = IF x R2
Dimana :
N
R2
Ampere Volt
IM =
VS RM
Ampere
IF = Arus hubung singkat (Amp) Rl = Tahanan penghantar fasa (Ohm) R1 = Tahanan pembumian Trafo (Ohm) R2 = Tahanan pembumian peralatan Listrik (Ohm) VS = Tegangan sentuh (Volt) IM = Arus yang melewati manusia (Amp) RM = Tahanan manusia Ohm wyd sn2000-3000 - pri.k
5
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH TEGANGAN SENTUH PADA SISTEM PNP R S RL RN
T.M
T N
Fuse
R1
R2
RP =
RN . (R1 + R2) RN + R1 + R2
RS = Rp + RL IF = IM =
VPH RS VS R
OHM AMPERE AMPERE
RN OHM
IF R2 =
R1 + R2 + RN
VS = R2 . IF R2
IF AMPERE
VOLT
DIMANA : RP = Tahanan Paralel RS = Tahanan seri IF = Arus gangguan IF R2 = Arus gangguan melalui R 2 VS = Tegangan sentuh wyd sn - pri.k 6
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Jika terdapat beberapa konsumen pembumiannya mempergunakan sistem PNP Perlu perhitungan yang mempergunakan loop pada rangkaian listrik Misal :
RL I1 RN1
RN2 Re I3
Reb
I2
Rea BUMI
Loop 1 : Eph = I1RL Loop 2 : 0
+ (I1-I2)RN1 + (I1-I3)RN2
= I1(RL+RN1+RN2) - I2(RN1) = (I2-I1)RN1 + I2Rea
- I3RN2 + (I2-I3)Reb
= -I1RN1 + I2(RN1+Rea+Reb) -I3Reb Loop 3 : 0 = (I3-I1)RN2 + I3Re + (I3-I2)Reb = -I1RN2
- I2Reb wyd sn - pri.k
+ I3(RN2+Reb+Re) 7
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH RL I1 RN1
RN2 Re I3
Reb
I2
Rea BUMI
Hukum Ohm
E = I.R
I = R-1 .E
I=E/R
Selanjutnya disusun matrik : (3x3) I1 I2 I3
=
A11
A12
A13
A21
A22
A23
A31
A32
A33
-1
E1
X
INVERS
E2 E3
Dimana : A11 = RL+RN1+RN2 A12 = - RN1
A13 = - RN2
A21 = -RN1
A22 = RN1+Rea+Reb A23=-Reb
A31 = -RN2
A32 = -Reb
A = RN2+Reb+Re wyd33 sn - pri.k
E1 = E dan
E2 =0 E3 = 0
8
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Untuk menghitung permasalahan •
Tegangan fasa di konsumen yang kan dihitung tegangan sentuhnya setiap fasa nya (Volt)
•
Pentanahan sistem di gardu distribusi dan di peralatan (Ohm)
•
Tahanan penghantar fasa dan netral (Ohm)
Dari data tersebut diatas dapat dihitung: •
Arus bocor diperalatan (Amp)
•
Tegangan sentuh di peralatan (Volt)
•
Arus yang melewati tubuh manusia (Amp)
wyd sn - pri.k
9
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH
Batas arus yang melewati tubuh manusia Batas arus 0 - 0,9 mA 0,9 - 1,2 mA 1,2 - 1,6 mA 1,6 - 6,0 mA 6,0 - 8,0 mA 13 - 15,0 mA 15 - 20,0 mA 20 - 50,0 mA 50 - 100,0 mA
Pengaruh pada tubuh manusia Belum merasakan pengaruh Baru terasa adanya arus listrik tapi tidak menimbulkan kejang Mulai terasa se akan2 ada yang merayap didalam tangan Tangan sampai kesiku merasa kesemutan Tangan mulai kaku, rasa kesemutan makin bertambah Rasa sakit tak tertahankan penghantar masih dapat dilepas Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia Batas arus yang dapat menyebabkan kematian
wyd sn - pri.k
10
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Besar dan Lama tegangan Sentuh Maksimum (IEC) Tegangan sentuh (Volt) rms
Waktu Pemutusan Maksimum (detik)
< 50 50 75 90 110 150 220 280
.
1,0 ˜ 0,5 0,2 0,2 0,1 0,05 0,03
PENGHANTAR NETRAL PUTUS DAPAT TERJADI PADA : • • •
INSTALASI KONSUMEN SAMBUNGAN RUMAH JTR DEKAT TRAFO (TIANG PERTAMA DARI GARDU DISTRIBUSI) wyd sn - pri.k
11
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH CATATAN : MACAM DARI LETAK PUTUSNYA KAWAT NETRAL TERSEBUT MASING-MASING AKAN MENIMBULKAN AKIBAT YANG BERLAINAN CONTOH: 1. KAWAT NETRAL PUTUS PADA SAMBUNGAN RUMAH (SEBELUM APP) A. KONSUMEN 1 FASA A.1. SISTEM PP Akibat penghantar Netral putus, peralatan konsumen tidak akan menyala. Karena perbedaan tegangan antara fasa dan netral tidak ada. A.2. SISTEM PNP Akibat penghantar Netral putus, peralatan konsumen akan menyala. Karena terdapat perbedaan tegangan antara fasa dan netral dimana netral digantikan oleh penghantar pentanahan
Vdrop = IB X R2 (VOLT) DIMANA : Vdrop = Tegangan kawat netral - tanah
(VOLT)
IB
= Arus beban
(AMPERE)
R2
= Resistansi pembumian
(OHM) wyd sn - pri.k
12
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Jika terjadi kebocoran pada peralatan dengan sistem PNP Tegangan Sentuh menjadi: R
T.M
.
Fuse
R1 Sistem PNP
If
S T N
R2
VS = If x R2 Volt Dimana : VS = Tegangan sentuh (Volt) If = Arus bocor, besarnya besarnya tergantung tergantung besarnya arus gangguan (Ampere) R2 = Tahanan pembumian dirumah (Ohm)
wyd sn - pri.k
13
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Penghantar Netral dekat gardu distribusi putus dengan beban tidak simetris R S T T.M
N
PUTUS R1
PP
PNP R2
R2
Jika beban tidak simetris misal IR > IS > IT Maka: • Pada sistem PP terjadi pergeseran titik netral yang menuju ke penghantar R karena pada penghantar ini mempunyai beban yang besar yang mengakibatkan tegangan pada fasa S dan fasa T naik atau lebih besar dari 220 Volt • Pada sistem PNP pergeseran titik netral masih di kompensir oleh penghantar tanah, tetapi tegangan fasa - netral dapat naik (tergantung dari pentanaha pentanahannya) nnya)
wyd sn - pri.k
14
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Tegangan pada sistem PP S
. .
T
N
N
R
Besarnya tegangan: VRN < 220 Volt VSN > 220 Volt VTN > 220 Volt
Besarnya kecilnya tegangan tergantung dari besarnya arus setiap fasanya
Tegangan pada sistem PNP V = I x R2 Dimana : VS = Tegangan kawat netral - tanah
(Volt)
I = Arus beban R2 = Tahanan pembumian dirumah
(Ampere) (Ohm)
Untuk menyelesaikan permasalahan ini diperlukan teori tentang hubungan wye antara trafo di gardu distribusi dan konsumen yang tersambung pada jaringan tegangan tegangan rendah. wyd sn - pri.k
15
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Hubungan wye - wye berfasa tiga A B
b
a Van
Vbn
n
N
Vcn c
C
Sumber berfasa tiga simetris Van = Vbn = Vcn =Vph = Disebut tegangan fasa dan Van + Vbn + Vcn = 0 wyd sn - pri.k
16
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Misal: 2. untuk urutan fasa negatif
1. untuk urutan fasa positif Diambil sembarang tegangan,
Van = Vp 0o Vbn = Vp 120o
Van = Vp 0o Vbn = Vp -120o
Vcn = Vp 240o
Vcn = Vp -240o Vcn = Vp -240o
Vbn = Vp 120o Van = Vp 0o
Vbn = Vp -120o
Van = Vp 0o
Vcn = Vp 240o
Urutan fasa abc
Urutan fasa cba wyd sn - pri.k
17
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Untuk memperoleh tegangan fasa -fasa dapat diperoleh dengan bantuan gambar fasor dibawah ini Vca
Vcn
Vab Vab =-Vph + Vph -1200 =-Vph + Vph (Cos1200-jSin1200)
Van
=-Vph ( -3/2 -j 3/2) =
Vbn
3 Vph
300
Dengan cara sama diperoleh : Vbc Vbc = Vbn + Vcn =
3 Vph
-2700
Vca = Vcn + Van =
3 Vph
-300
wyd sn - pri.k
18
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Sumber tiga fasa (hubungan Y) dihubungkan dengan beban
b
a Vbn
n
Van
B
A N
R+jXL = 100 60
Vcn c Van = 200 0
C
Volt
VL =
3 .200 Volt
VL = 346 Volt rms
Vbn = 200 -120 Volt
Dari gambar diatas
Vcn = 200 -240 Volt
Vab = 346 30o Volt
InA =
Van Zb
=
200 0o 100 60o
= 2 -60o Amp rms
PAN = 200 . 2 . Cos (00 + 600) = 200 W wyd sn - pri.k
19
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Jika Zbeban tidak diketahui Misal tegangan fasa-fasa = 300 Volt beban 1200 W ( ) pf = 0,8 IL = Zp =
3 .400 /300.0,8 = 2,89 A Vp IL
300 / 3 = 2,89
=
60 Ohm
Karena pf = 0,8 mendahului maka sudut fasa impedansi = -36,90 dan Zp = 60 -36,90 Ohm
wyd sn - pri.k
20
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Penghantar Netral dekat gardu distribusi putus dengan beban tidak simetris penghantar netral diketanahkan R S T T.M
N
PUTUS R1
PP
PNP R2
R2
Untuk menyelesaikan permasalahan ini diperlukan teori tentang hubungan wye antara trafo di gardu distribusi dan konsumen yang tersambung pada jaringan tegangan rendah.
Teori tersebut dapat dilihat pada halaman halama n berikutnya
wyd sn - pri.k
21
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Hubungan Y - Y antara gardu distribusi dan beban R
Loop 1, i1
220V 0 SEKUNDER TRAFO TR
ZR
n
220V 120
T
220V -120
N
ZT
BEBAN
ZS
S Loop 2, i2
PERSAMAAN LOOP SEWAKTU NETRAL PUTUS
VR - VT = .i 1(ZR + ZT ) + i 2xZT
.i1x(ZR + ZT ) + i 2xZT =
(ZR + ZT )
VS - VT = .i 1xZT + i 2x(ZS + ZT )
.i1xZT + i 2x(ZS + ZT ) =
. ZT
wyd sn - pri.k
+ ZT
+ (ZS + ZT )
.i1 .i2 22
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH
SELANJUTNYA DIBUAT MATRIK .i 1 x(ZR + ZT ) + i2 xZT =
(ZR + ZT )
.i 1 xZT + i2 x(ZS + ZT ) =
. ZT
I1 I2
=
A11
A12
A21
A22
+ ZT
.i 1
+ (ZS + ZT )
.i 2
-1 E1 X E2
Karena tegangan dan impedansi berbentuk Riel dan imajiner dibuat matrik khusus sbb: Misal : a + jb ; c + jd ; e + jf ; g + jh
Matriknya :
a e c
b f d
-c -g a
-d -h b
g
h
e
f
wyd sn - pri.k
23
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Untuk menghitung permasalahan ini perlu dilihat (pada saat penghantar netral putus) •
Data pengukuran arus (ampere) di gardu distribusi untuk setiap fasa nya
•
Tegangan setiap fasa nya (Volt)
•
Pentanahan sistem di gardu distribusi (Ohm) Dari data tersebut diatas dapat dihitung: •
Impedansi beban sebelum penghantar netral putus
•
Arus loop
•
Kenaikan tegangan setiap fasa nya
wyd sn - pri.k
24
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH UNTUK MENANGGULANGI PUTUSNYA PENGHANTAR NETRAL DIPASANG PENTANAHAN DITIANG PENTANAHAN INI DILAKSANAKAN PALING SEDIKIT 2 TIANG DIPASANG SATU BUAH PENTANAHAN R S N T
wyd sn - pri.k
25
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Penghantar Netral dekat gardu distribusi putus dengan beban tidak simetris penghantar netral diketanahkan di tiang R S T
. .
T.M
N
PUTUS R1
Pentanahan tiang
PP
PNP R2
R2
Karena penghantar netral disambung pada tiang tegangan rendah, meskipun penghantar netral putus tetapi masih ada hubungan antara penghantar netral dan trafo distribusi melalui tanah, sehingga masih loop antara penghantar netral dan fasa
Teori tersebut dapat dilihat pada halaman halama n berikutnya wyd sn - pri.k
26
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Hubungan Y - Y antara gardu distribusi dan beban dengan penghantar netral di tiang di ketanahkan IR Vtn 0
SEKUNDER TRAFO TR
Zbr
n
IT
Vtn 120
BEBAN
Vsn
Pentanahan ditiang
-120
Zbt
Zbs
IS
Tanah Dalam permasalahan ini kenaikan tegangan pada beban tidak ada karena masih adanya hubungan penghantar netral dan titik netral di gardu distribusi (rangkaian tertutup) wyd sn - pri.k
27
PENTANAHAN SISTEM TEGANGAN RENDAH Kesimpulan: 1. Jika terjadi kebocoran peralatan listrik di konsumen, tegangan sentuh yang terjadi di peralatan konsumen dengan pentanahan sistem PNP lebih kecil daripada pentanahan yang mempergunakan sistem PP 2. Jika penghantar penghantar netral netral putus di sambungan rumah untuk konsumen yang mempergunakan sistem PNP peralatan listrik tetap nyala tetapi pada sistem PP peralatan listrik tidak nyala. 3. Jika penghantar netral putus dekat gardu distribusi dengan penghantar netral ditiang tidak diketanahkan, akibatnya tegangan beban rendah akan naik, dan tegangan pada beban tinggi akan turun . 4 Sebaliknya kalau penghantar penghantar netral netral di tiang tiang di ketanahkan ketanahkan tegangantetap atau tidak naik.
wyd sn - pri.k
28
