Sis Sistem Pent entanah anahan an Simon Patabang, ST., MT.
Fakultas Teknik Jurusan Teknik Elektro Universitas Atma Jaya Makassar
Sist Sistem Pent Pentana anaha han n •
•
•
Sist Sistem em pent pentan anah ahan an at atau au grou ground ndin ing g syste ystem m adal adalah ah sist sistem em pengamanan terhadap perangkat-perangkat yang mempergunakan listrik sebagai sumber tenaga dari lonjakan arus listrik. Misalnya lonjakan akibat petir. Sistem Sistem pentan pentanaha ahan n digamb digambark arkan an sebag sebagai ai hubung hubungan an antar antara a suatu peralatan atau sirkit listrik dengan bumi. Denga Dengan n adany adanya a sistem sistem pentan pentanahan ahan maka maka keandal eandalan an sistem sistem untuk pemanfaatkan pemanfaatkan daya daya listrik listrik dapat terjamin dengan dengan baik.
Sistem pentanahan ada 2 macam yaitu : 1. 2.
Siste Sistem m Pent Pentana anahan han Titik Titik Netra Netrall (Netr (Netral al Groun Groundin ding g Syst System em ) Siste Sistem m Pent Pentana anahan han Pera Perala latan tan (Groun (Groundin ding g Equip Equipmen mentt )
Tujua ujuan n Sist Sistem em Penta entana naha han n 1.
Membat Membatasi asi besarny besarnya a tegang tegangan an terhada terhadap p bumi bumi agar agar berada dalam batasan yang diperbolehkan.
2.
Menyedi ediaka akan jalur bagi alira iran arus yang dapat memb member erik ikan an dete deteks ksii terj terjad adin iny ya hubu hubung ngan an yang ang tidak tidak dikehen dikehendak dakii antar antara a kondukt onduktor/p or/pengh enghan anta tarr dan bumi. Deteksi ini akan mengakibatkan beroperasinya peralatan otomatis yang memutuskan suplai tegangan dari konduktor tersebut.
A. Sistem Pentanahan Titik Netral Tujuan : •
•
•
•
•
Mengh Menghila ilangk ngkan an gejal gejala-g a-geja ejala la busur busur api pada pada suatu suatu sistem. Membatasi Membatasi tega tegangan ngan pada fasa fasa yang yang tidak terg terganggu anggu (pada fasa yang sehat). Men Meningkatkan keandalan (realibility ) pelayanan dalam penyaluran tenaga listrik. Meng Mengur uran angi gi/m /mem emba battasi asi teg tegang angan lebi lebih h tran transi sien entt yang ang dise diseba babk bkan an oleh oleh pen penyala alaan bung bunga a api api yang ang berulang-ulang (restrike ground fault). Memu Memuda dahk hkan an dala dalam m mene menent ntuk ukan an sis sistem tem prot protek eksi si serta memudahkan dalam menentukan lokasi gangguan.
Metoda Pentanahan Titik Netral 1. 2. 3. 4.
Pentanahan langsung (effective grounding) Pentanahan melalui tahanan (resistance grounding) Pentanahan melalui reaktor (reactor grounding) Pentanahan melalui reaktor yang impedansinya dapat berubah-ubah (resonant grounding) atau pentanahan dengan kumparan Petersen (Petersen Coil ).
1. Pentanahan langsung / effective Grounding (Pentanahan Titik Netral Tanpa Impedansi ) •
Sistem pentanahan langsung adalah dimana titik netrral sistem dihubungkan langsung dengan tanah, tanpa memasukkan harga suatu impedansi. R N S T Zs ZR
ZT
Rangkaian Pengganti Pentanahan Titik Netral Tanpa Impedansi (Pentanahan Langsung )
•
Keuntungan : Tegangan lebih pada phasa-phasa yang tidak terganggu relatif kecil Kerja pemutus daya untuk melokalisir lokasi gangguan dapat dipermudah, sehingga letak gangguan cepat diketahui Sederhana dan murah dari segi pemasangan
–
–
–
•
Kerugian : setiap gangguan phasa ke tanah selalu mengakibatkan terputusnya daya arus gangguan ke tanah besar, sehingga akan dapat membahayakan makhluk hidup di dekatnya dan kerusakan peralatan listrik yang dilaluinya
–
–
2. Pentanahan Titik Netral Melalui Tahanan (Resistance Grounding) •
Titik netral sistem dihubungkan dengan tanah melalui sebuah tahanan (resistor ). R
S
Grounding Resistor
T
Gambar Rangkaian Pengganti Pentanahan Titik Netral melalui Tahanan
Secara umum harga tahanan yang ditetapkan pada hubung netral adalah
R
=
E f
Ohm
I dimana : R = Tahanan ( Ohm ) Ef = Tegangan fasa ke netral I = Arus beban penuh dalam Ampere dari transformator.
- Keuntungan : Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil. Mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat arus gangguan yang melaluinya. •
•
•
- Kerugian : Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya gangguan fasa ke tanah. Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaan rele pengaman menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui. •
•
Besarnya tahanan pentanahan NGR (Netral Grounding Resistor) pada sistem tenaga listrik (contohnya di PLN P3B Jawa Bali Region Jabar), adalah sebagai berikut :
Sistem 70 kV sebesar 62 Ohm
Sistem 20 kV sebesar 12 Ohm atau 42 Ohm.
1. Jenis pentanahan (Resistor) yang dipakai adalah jenis logam (metalic resistor ) atau jenis cairan (liquid resistor )
Pentanahan Titik Netral Trafo Tenaga Dengan NGR (Netral Grounding Resistor)
Fungsi NGR : Untuk menghambat atau membatasi arus hubung singkat satu fasa ke tanah, sehingga nilainya lebih kecil dari arus Nominal Trafo.
NGR (Netral Grounding Resistor)
Keuntungan & Kerugian Pentanahan Dengan NGR Keuntungan – –
–
: Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil. Mengurangi kerusakan peralatan listrik akibat arus gangguan yang melaluinya.
Kerugian : –
–
Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pentanahan selama terjadinya gangguan fasa ke tanah. Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaan rele pengaman menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui.
Pentanahan Titik Netral Melalui Kumparan Petersen •
•
Sistem pentanahan dengan kumparan Petersen adalah dimana titik netral dihubungkan ke tanah melalui kumparan Petersen (Petersen Coil ). Kumparan Petersen mempunyai harga reaktansi (XL) yang dapat diatur dengan menggunakan Tap.
Contoh Pemasangan Pentanahan Titik Netral dengan Kumparan Petersen Sistem tegangan 70 kV Sistem tegangan 30 kV
RESISTOR
TRAFO TENAGA
Kumparan Petersen
Rangkaian pengganti pentanahan titik netral dengan kumparan petersen R
S
T
Kumparan Petersen
- Keuntungan :
Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi mahluk hidup. Kerusakan peralatan sistem dimana arus gangguan mengalir dapat dihindari. Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah. Gejala busur api dapat dihilangkan.
- Kerugian : Rele gangguan tanah (ground fault relay ) tidak bisa bekerja karena arus gangguan tanah relatif kecil. Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa ke tanah yang menetap (permanen) pada sistem. Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan Petersen harus disetel (tuning ) kembali.
Transformator Pentanahan •
•
•
Bila pada suatu sistem tenaga listrik tidak terdapat titik netral, sedangkan sistem itu harus diketanahkan, maka sistem itu dapat ditanahkan dengan menambahkan “Transformator Pentanahan” (grounding transformer). Transformator pentanahan itu dapat terdiri dari transformator Zig-zag atau transformator bintangsegitiga (Y- Δ ). Trafo pentanahan yang paling umum digunakan adalah transformator zig-zag tanpa belitan sekunder.
Contoh gambar pemasangan Trafo Pentanahan Sistem tegangan 70 kV
TRAFO DAYA RESISTOR
TRAFO PENTANAHAN
Penetapan Sistem Pentanahan di Indonesia •
Sistem 150 KV
Pentanahan netral sistem 150 KV beserta pengamannya ditetapkan sebagai berikut: 1. Pentanahan netral untuk sistem 150 KV adalah pentanahan efektif (Pentanahan langsung). 2. Pengaman sistem dilaksanakan dengan pemutus cepat dan penutup cepat
Sistem 66 KV Pentanahan netral sistem ini beserta pengamannya ditetapkan sebagai berikut: 1. Pentanahan netral untuk sistem 66 KV adalah pentanahan dengan tahanan 2. Pengamanan sistem dilaksanakan dengan pemutus cepat dan penutup cepat
Sistem 20 KV Pentanahan netral sistem 20 KV beserta pengamannya ditetapkan sebagai berikut : 1. Pentanahan netral untuk sistem 20 KV adalah pentanahan dengan tahanan. Pengaman Sistem Dilaksanakan Sebagai Berikut : a. Bagi saluran udara maupun saluran dalam tanah dipakai pemutus dengan rele arus lebih untuk gangguan hubung singkat fasa ke fasa dan rele tanah untuk gangguan hubung singkat fasa ke tanah. Pada gardu distribusi dipasang penunjuk gangguan. b. Bagi saluran udara dipakai pula penutup cepat atau lambat, sedang bagi saluran dalam tanah tidak dipakai penutup kembali.
Ketetapan SPLN 26:1980 mengenai besar tahanan pentanahan sebagai berikut : •
•
•
Tahanan rendah 12 ohm dan arus gangguan tanah maksimum 1000 ampere dipakai pada jaringan kabel tanah Tahanan rendah 40 ohm dan arus gangguan maksimum 300 ampere dipakai pada jaringan saluran udara dan campuran saluran udara dengan kabel tanah Tahanan tinggi 500 ohm dan arus gangguan maksimum 25 ampere dipakai pada saluran udara
B. Sistem Pentanahan Peralatan (Grounding Equipment ) Pengertian Pentanahan Peralatan
Pentanahan peralatan adalah pentanahan yang menghubungkan body/ kerangka/ bagian dari peralatan listrik terhadap titik ground (tanah). Pentanahan ini pada kerja normal tidak dilalui arus. Pentanahan Peralatan
TRAFO DAYA
Contoh Pemasangan Pentanahan Peralatan
Bagian-bagian yang Ditanahkan 1. Semua bagian instalasi yang terbuat dari logam (menghantar listrik) dan dengan mudah bisa disentuh manusia. Hal ini perlu agar potensial dari logam yang mudah disentuh manusia selalu sama dengan potensial tanah (bumi) tempat manusia berpijak sehingga tidak berbahaya bagi manusia yang menyentuhnya. 2. Bagian pembuangan muatan listrik (bagian bawah) dari lightning arrester. Hal ini diperlukan agar lightning arrester dapat berfungsi dengan baik, yaitu membuang muatan listrik yang diterimanya dari petir ke tanah (bumi) dengan lancar.
3. Kawat petir yang ada pada bagian atas saluran transmisi. Kawat petir ini sesungguhnya juga berfungsi sebagai lightning arrester. Karena letaknya yang ada di sepanjang saluran transmisi, maka semua kaki tiang transmisi harus ditanahkan agar petir yang menyambar kawat petir dapat disalurkan ke tanah dengan lancar melalui kaki tiang saluran transmisi. 4. Titik netral dari transformator atau titik netral dari generator. Hal ini diperlukan dalam kaitan dengan keperluan proteksi khususnya yang menyangkut gangguan hubung tanah.
Tujuan pentanahan peralatan adalah sebagai berikut :
1. Untuk mencegah terjadinya tegangan kejut listrik yang berbahaya bagi manusia. 2. Untuk memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besarnya maupun lamanya dalam keadaan gangguan tanah tanpa menimbulkan kebakaran atau ledakan pada bangunan atau isinya. 3. Untuk menambah kemampuan (performance) dari sistem.
Tahanan Pentanahan Adalah besarnya tahanan pada kontak/ hubung antara masa (body) dengan tanah. Faktor-faktor yang mempengaruhi besarnya pentanahan : •
Tahanan jenis tanah
•
Panjang elektroda pentanahan
•
Luas penampang elektroda pentanahan
Harga pentanahan makin kecil makin baik. Untuk perlindungan personil dan peralatan perlu diusahakan tahanan pentanahan lebih kecil dari 1 Ohm.
Untuk memahami mengapa tahanan pentanahan harus rendah, dapat digunakan hukum Ohm yaitu: dimana : E = tegangan (volt) I
= Arus (ampere)
R = Tahanan (ohm)
Contoh/ Ilustrasi Gangguan pada tahanan pentanahan yang tinggi.
Gangguan 4 ohm
Motor Listrik
Bagian logam yang diketanahkan
20 ohm
Tahanan ke tanah yang sebenarnya
Badan motor
Sumber 415 volt, 240 volt terhadap tanah
•
•
Jika ada kontak yang tidak disengaja antara bagianbagian yang dilalui arus dengan kerangka metal dari peralatan, maka kerangka metal itu menjadi bertegangan yang sama dengan tegangan peralatan.
Untuk mencegah terjadinya tegangan kejut yang berbahaya maka kerangka peralatan metal peralatan tersebut harus dihubungkan ke tanah melalui impedansi yang rendah.
Pengaruh Tahanan Pentanahan yang Besar Terhadap Sistem Tenaga Listrik
1.
Mengurangi tegangan pada puncak tiang
2.
Mengurangi tegangan pada kawat penghantar
3.
Mengurangi tegangan pada isolator
4.
Mengurangi gangguan sampai beberapa gawang
5.
Mengurangi waktu berlangsungnya tegangan merusak (Break Down voltage).
Macam-Macam Elektroda Pentanahan Pada dasarnya terdapat tiga macam elektroda pentanahan yaitu : –
Elektroda Pita, berupa pita atau kawat berpenampang bulat yang ditanam di dalam tanah. Pada umumnya penanamannya tidak terlalu dalam. (0,5 s/d 1 meter) dan caranya ada bermacam-macam.
Bentuk Radial
Bentuk Grid
Bentuk Lingkaran
Macam-macam penanaman elektroda pita
•
Elektroda Batang, berupa batang yang ditanam tegak lurus dalam tanah
Untuk membuat agar tahanan pentanahan cukup kecil maka elektroda batang tersebut ditanam lebih dalam atau menggunakan beberapa batang elektroda.
•
Elektroda pelat, berupa pelat yang ditanam tegak lurus dalam tanah seperti pada gambar
Cara Penanaman elektroda pelat
Metode/Cara Pentanahan 1.
Pentanahan dengan Driven Ground. –
Adalah pentanahan yang dilakukan dengan cara menancapkan batang elektroda ke tanah.
Pentanahan dengan Driven Ground
2.
Pentanahan Dengan Counter Poise Adalah pentanahan yang dilakukan dengan cara menanam kawat elektroda secara sejajar atau radial dengan jarak beberapa cm di bawah tanah. Standar SNI adalah 30 cm - 90 cm.
–
Pentanahan menara dengan counter poise
•
Pentanahan dengan counter poise biasanya digunakan apabila tahanan tanah terlalu tinggi dan tidak dapat dikurangi dengan cara pentanahan driven ground.
3.
Pentanahan Dengan Mesh atau Jala Adalah cara pentanahan dengan jalan memasang kawat elektroda membujur dan melintang di bawah tanah, yang satu sama lain dihubungkan di setiap tempat sehingga membentuk jala (Mesh). Sistem pentanahan Mesh biasanya dipasang di gardu induk dengan tujuan untuk mendapatkan harga tahanan tanah yang sangat kecil (kurang dari 1 ohm).
Gambar Pentanahan dengan mesh atau jala
Tahanan Jenis Tanah JENIS TANAH TANAH RAWA
TAHANAN JENIS TANAH (OHM M) 30
TANAH LIAT DAN TANAH LADANG
100
PASIR BASAH
200
KERIKIL BASAH
500
PASIR DAN KERIKIL KERING
1,000
TANAH BERBATU
3,000
Pengukuran Tahanan Pentanahan •
Untuk mengukur tahanan pentanahan digunakan alat ukur megger tanah (Earth Resistance Tester).
