SISTEM PENTANAHAN


Latar Belakang

Secara umum pentanahan adalah melakukan koneksi sirkuit atau peralatan ke bumi. Sistem pentanahan yang kurang baik dapat menyebabkan penurunan kualitas tenaga listrik. Ilmu pertanahan sering kali dianggap remeh, padahal pentanahan yang baik sangatlah penting.

Pada system tenaga listrik, 70% s/d 80% yang terkena gangguan adalah pada sistem transmisi. Salah satunya adalah gangguan ke tanah selain gangguan-gangguan lain seperti , surja petir, kesalahan mekanis akibat retak-retak pada isolator, burung atau daun-daun yang terbang dekat isolator gantung, debu-debu yang menempel pada isolator, tegangan lebih dan gangguan hubung singkat.

Jika arus gangguan lebih dari 5 A maka timbul busur listrik pada kontak-kontak antara kawat yang terganggu dan tanah yang tidak dapat padam sendiri. Dan jika terdapat busur tanah yang menetap, padam dan menyala, hal ini dapat membahayakan. Hal ini disebabkan karena busur tanah tersebut merupakan gelombang berjalan yang memiliki muka gelombang yang curam yang dapat membahayakan isolasi dari alat-alat instalasi meskipun letaknya jauh dari titik gangguan.

Dari jenis-jenis gangguan yang telah disebutkan dapat mengakibatkan:

  1. Menginterupsi kontinuitas pelayanan daya kepada konsumen
  2. Penurunan tegangan yang cukup besar sehingga kualitas kualitas tenaga listrik rendah dan merintangi kerja normal peralatan konsumen
  3. Pengurangan stabilitas sistem yang menyebabkan jatuhnya generator
  4. Merusak peralatan pada daerah gangguan

Rumusan masalah

Dari latar belakang yang telah dijelaskan, dirumuskan beberapa masalah sebagai berikut:

  1. Bagaimana dasar pentanahan?
  2. Apa dampak kegagalan pentanahan terhadap kualitas tenaga listrik?
  3. Bagaimana pentanahan pada gardu induk?
  4. Apa saja bahaya yang timbul di gardu induk akibat gangguan tanah?
  5. Bagaimana pentanahan gardu induk di Indonesia?

Tujuan

Dari rumusan masalah diatas, maka tujuan penulisan makalah ini adalah:

  1. Mengetahui dasar pentanahan
  2. Mengetahui dampak kegagalan pentanahan terhadap kualitas tenaga listrik
  3. Mengetahui pentanahan pada gardu induk
  4. Mengetahui bahaya yang timbul pada gardu induk akibat gangguan tanah
  5. Mengetahui pentanahan gardu induk di Indonrsia

Dasar Pentanahan

Definisi pentanahan (Grounding), berdasarkan IEEE dictionary (standard 100), adalah melakukan koneksi, baik disengaja atau tidak disengaja, sirkuit listrik atau peralatan ke bumi, atau ke bodi konduksi yang ditempatkan di bumi. Hal ini dilakukan untuk mempertahankan potensial bumi pada konduktor yang terhubung dan mengalirkan arus tanah menuju dan dari bumi.

Tujuan pentanahan suatu system tenaga listrik secara umum adalah:

  1. Mencegah timbulnya busur tanah akibat dari arus gangguan yang besar (>5 A)
  2. Memberikan perlindungan terhadap bahaya listrik bagi pemanfaatan listrik dan lingkungan
  3. Memproteksi peralatan
  4. Mendapatkan keandalan penyaluran pada system baik dari segi kualitas, keandalan ataupun kontinuitas penyaluran tenaga listrik dengan kontrol noise termasuk transien dari segala sumber.
  5. Membatasi kenaikan tegangan fasa yang tidak terganggu (sehat)

Klasifikasi sistem pentanahan pada tegangan rendah antara lain:

  1. TT: netral sumber daya terhubung ke bumi dan frame peralatan beban terhubung ke bumi
  2. IT: netral sumber daya tidak terhubung ke bumi dan frame peralatan beban terhubung ke bumi
  3. TN: netral sumber daya terhubung ke bumi dan frame peralatan beban terhubung ke sumber daya yang sudah terhubung ke bumi

    TN-S: ketika fungsi proteksi disediakan oleh konduktor yang terpisah dengan netral sumber daya.

    TN-C: ketika fungsi netral dan proteksi digabungkan dalam sebuah konduktor tunggal

    TN-C-S: penggunaan TN-S hilir dari TN-C

Gambar 1. Klasifikasi Sistem Pentanahan

Dampak Kegagalan Pentanahan Terhadap Kualitas Tenaga Listrik

Pentanahan dalam hubungannya dengan mutu/kualitas tenaga listrik (Power Quality), kegagalan pentanahan dapat berdampak pada:

  1. Level tegangan swell dan sag

Pada nomogram dibawah (gambar 2a) menunjukkan bahwa level tegangan swell pada sebuah fase sehat untuk single line to ground fault pada lokasi yang sama sebagai fungsi resistansi urutan ke nol R0, kapasitansi urutan ke nol X0, dan reaktansi urutan positif X1. Perlu diketahui bahwa komponen urutan ke nol bergantung pada desain system pentanahan

  1. Perambatan transien akibat switching dan lightning.
  2. Harmonisa
  3. Ketidakseimbangan beban fasa

System distribusi itu tidak simetri dan terdiri dari banyak beban single phase. Kedua factor ini menyebabkan ketidakseimbagan kondisi yang dapat ditekankan dengan interaksi dengan beban dinamis seperti motor induksi. Ketidakseimbangan ini dapat dikontrol diantaranya dengan menyesuaikan pentanahan sirkuit, penggunaan transformator, memperkecil impedansi tanah.

  1. Penurunan tegangan

    

  1.                     (b)

Gambar 2. (a) monogram tegangan swell selama kegagalan fasa

(b) Simulasi Tegangan Transien

Pentanahan pada Gardu Induk

Dasar perhitungan tahanan pentanahan adalah perhitungan kapasitansi dari susunan batang-batang elektroda pentanahan dengan anggapan bahwa distribusi arus atau muatan uniform sepanjang batang elektroda. Penentuan besar kapasitansi suatu sistem pentanahan dapat dilakukan dengan prinsip bayangan.

Gambar 3. Prinsip Bayangan

Misalkan dua elektroda dari titik 1 dan 1 bermuatan yang sama besar di dalam media tak terbatas, dam dimisalkan arus I mengalir pada kedua titik tersebut. Bidang bayangan terletak di tengah-tengah. Apabila bidang bayangan dianggap permukaan

tanah, maka potensial yang disebabkan elektroda di bawah permukaan tanah adalah

Dan nilai kapasitansinya adalah

Dimana:

V: potensial pada permukaan tanah (V)

I : arus yang masuk tanah dari elektroda (A)

ρ : tahanan jenis tanah (Ohm-m)

s : jarak elektroda terhadap permukaan tanah (m)

s’: jarak bayangan elektroda terhadap permukaan tanah (m)

Q: jumlah muatan (Coloumb)

C: kapasitansi (Farad)

Factor keseimbangan antara tahanan pentanahan dengan kapasitansi adalah tahanan jenis tanah. Harga tahanan jenis tanah pada kedalaman tertentu bergantung pada beberapa factor, yaitu:

  1. Jenis tanah: tanah liat, berpasir, berbatu dan lain-lain
  2. Lapisan tanah
  3. Kelembaban tanah: berlapis dengan tahanan jenis berlainan atau uniform
  4. Temperatur

Untuk memperoleh harga tahanan jenis tanah perlu dilakukan penelitian dalam jangka waktu tertentu misalnya satu tahun.

Pengukuran tahanan jenis tanah dapat dilakukan dengan metode empat elektroda (four electrode method)


Gambar 4. Pengukuran tahanan jenis tanah dengan metode empat elektroda

Perhitungan besar tahanan jenis tanah dirumuskan:

Keterangan:

ρ: tahanan jenis tanah (Ohm-m)

a: jarak antar elektroda (m)

R34: impedansi titik 3 dan 4 (Ohm)

Pada perencanaan sistem pentanahan pada gardu induk berdasarkan standard IEEE 80, langkah-langkah perhitungan sebagai berikut:

  1. Pemeriksaan tahanan jenis tanah
  2. Perancangan tata letak dan data-data
  3. Menghitung arus fibrasi
  4. Menghitung jumlah batang pentanahan 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 diijinkan
  12. Menghitung tegangan langkah yang sebenarnya
  13. Pemeriksaan tegangan transfer

Bahaya yang Timbul di Gardu Induk Akibat Gangguan Tanah

Arus gangguan tanah menyebabkan adanya beda tegangan beda tegangan di permukaan tanah. Hal ini sangat membahayakan manusia yang sedang berada disekitarnya. Arus gangguan dapat mengalir ke tubuh. Batas-batas arus tersebut di magi menjadi

  1. Arus mulai terasa atau persepsi (perception current)

    Berdasarkan Electrical Testing Laboratory NewYork 1933, besar arus persepsi untuk laki-laki 1,1 mA dan perempuan 0,7 mA.

  2. Arus mempengaruhi otot (let-go current)

    Berdasarkan penelitian di University of California Medical School, ditetapkan batas arus maksimal dimana orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik, untuk laki-laki sebesar 9 mA dan perempuan sebesar 6 mA.

  3. Arus mengakibatkan pingsan atau mati atau fibrilasi (fibrillating current)

    Arus pada kasus ini nilainya lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot. Namun, berdasarkan penelitian oleh Dalziel di University of California tahun 1968, 99,5% orang yang memiliki berat lebih kurang 50 kg masih dapat bertahan terhadap arus yang besarnya

    ik
    adalah arus yang melewati tubuh manusia (A) dan t adalah waktu lewatnya arus tersebu (s).

  4. Arus reaksi (reaction current) adalah arus terkecil yang dapat menyebabkan orang menjadi terkejut. Berdasarkan penelitian yang dilakukan DR. Hans Prinz batasan-batasan arus tersebut disajikan dalam table berikut

    Tabel 1. Batasan-batasan Arus dan Pengaruhnya Pada Manusia

Besar arus

Pengaruh

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 mA

15 – 20 mA

20 – 50 mA

50 – 100 mA

Tidak menimbulkan reaksi apa-apa

Terasa ada arus listrik tetapi tidak menimbulkan kejang, kontraksi atau

kehilangan kontol

Mulai merasa seakan aka nada yang merayap di tangan

Tangan sampai ke siku merasa kesemutan

Tangan mulai kaku, rasa kesemutan mulai bertambah

Rasa sakit yang tidak tertahankan, penghantar masih dapat dilepaskan

dengan gaya yang sangat besar

Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar

Mengakibatkan kerusakan pada tubuh

Batas arus yang dapat menyebabkan kematian

Selain bahayanya pada manusia, beda potensial pada permukaan tanah menyebabkan:

  1. Tegangan sentuh

Tegangan sentuh (touch voltage) adalah tegangan yang terjadi antara dua permukaan konduksi, yang dapat dipicu oleh sentuhan manusia. Tegangan sentuh yang tinngi dapat disebabkan adanya kegagalan bagian peralatan.

Gambar 5. Tegangan sentuh akibat kesalahan pentanahan

Pada gambar 5 menunjukkan bahwa besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak dari kaki orang tersebut.

Gamba 6. Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya

Besar tegangan sentuh dirumuskan

Dimana adalah tahanan jenis tanah disekitar permukaan tanah (Ohm-meter) dan t adalah lama gangguan tanah (s)

  1. Tegangan langkah

Tegangan langkah adalah tegangan antara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri arus gangguan tanah. Besar tegangan langkah dapat dihitung dengan persamaan:

Gambar 7. Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan

  1. Tegangan pindah

Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh, dimana tegangan ini terjadi bila pada saat terjadi kesalahan orang berdiri di dalam gardu induk dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik jauh sedangkan alat tersebut dialiri arus gangguan ke tanah.


Gambar 8. Tegangan pindah dengan rangkaian penggantinya

Dalam kasus ini, orang akan merasakan tegangan yang lebih besar dibandingkan dengan tegangan sentuh. Besar tegangan pindah itu adalah

dan .

R0
adalah tahanan kontak pengetanahan, r adalah jari-jari ekivalen dari luas gardu induk dan L adalah panjang total konduktor kisi-kisi dan batang.

  1. Pengetanahan Gardu Induk di Indonesia

Pada sistem pentanahan transformator daya gardu Induk pada sisi tegangan menengah, berdasarkan informasi dari PT PLN (Persero), titik netral lilitan diketanahkan melalui:

  1. Pembumian dengan tahanan 12 ohm untuk sistem SKTM. Nilai arus hubung tanah maksimum 1000A. Untuk kawasan industry yang peka terhadap kedip, nilai tahanan dapat lebih besar dari 12 Ohm untuk memperkecil kedalaman kedip tegangan. Pembumian ini dipakai khususnya pada Trafo jaringan kabel tanah di daerah PLN Distribusi Jakarta Raya dan Tangerang dan kota Bandung
  2. Pembumian dengan tahanan 40 Ohm untuk sistem SUTM, atau campuran SKTM dan SUTM. Nilai arus hubung tanah maksimum pada system 20 kV sebesar 300A. Pembumian ini dipakai pada trafo jaringan distribusi saluran udara di jawa Barat, Jakarta Raya dan Luar Jawa
  3. Pembumian dengan tahanan 500 Ohm untuk sistem SUTM. Nilai tahanan pembumian yang tinggi menyebabkan arus gangguan ke tanah relative kecil, yaitu sebesar 25 A.
  4. Pembumian langsung/solid grounded. Pembumian ini memberikan beberapa keuntungan antara lain: Fuse cut-out yang digunakan sebagai pengaman jaringan fasa-tanah dapat bekerja efektif karena arus gangguan sangat besar, jangkauan jaringan distribusi luas, dengan sistem multigrounded common netral pada jaringan TM memungkinkan fasa-1 pada jaringan TM untuk melistriki daerah terpencil dengan biaya investasi murah.
  5. Tanpa pembumian/system mengambang. System ini saat ini hanya ada pada system kelistrikan pedesaan dengan pembangkit kecil dan tidak ada pembumian pada sisi trafo 20 kV. Pembumian pada jaringan TR memakai system TN-C, namun hanya ada pada satu tiang sebelum tiang akhir penyulang utama atau penghantar paling besar.

Kesimpulan

  1. Pentanahan adalah melakukan koneksi sirkuit atau peralatan ke bumi yang bertujuan untuk mempertahankan potensial bumi pada konduktor yang terhubung dan mengalirkan arus tanah menuju dan dari bumi
  2. Dampak kegagalan pentanahan terhadap kualitas tenaga listrik adalah level tegangan swell dan sag, perambatan transien, harmonisa, ketidakstabilan beban fasa, penurunan tegangan
  3. Pentanahan pada gardu induk harus memperhitungkan tahanan jenis tanah, tata letak, arus fibrasi, jumlah batang pentanahan yang diperlukan, arus gangguan hubung tanah, tahanan batang, ukuran konduktor kisi-kisi, tegangan sentuh, tegangan kisi-kisi (grid), tegangan mesh, tegangan langkah yang diijinkan, tegangan langkah yang sebenarnya, tegangan transfer.
  4. Bahaya yang timbul pada gardu induk akibat gangguan tanah adalah terjadinya tegangan sentuh, tegangan langkah dan tegangan pindah yang membahayakan instalasi dan manusia di sekitarnya.
  5. Pentanahan gardu induk di Indonesia menggunakan pentanahan dengan tahanan 12 Ohm, 40 Ohm, 50 Ohm, pentanahan langsung dan tanpa pentanahan.

Saran

Dari uraian tentang pentanahan yang telah dijelaskan, untuk meningkatkan kualitas tenaga listrik, pentanahan yang baik sangat dibutuhkan. karena pentanahan yang baik dapat mereduksi gangguan-gangguan system transmisi yang dapat menyebabkan penurunan kualitas tenaga listrik ke konsumen seperti swell, sag, turun tegangan, dan transien.

Daftar Referensi

Dugan, Roger C, dkk. 2004. Electrical Power System Quality Second Edition.

McGraw-Hill

Hutauruk, T. S. 1999. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan

Peralatan. Erlangga: Jakarta

Liu, Xiyu. Grounding System of an Uninterruptible Power System (UPS).

Design of P&T of MII: china

Meliopoulos, A.P Sakis. 2001. Impact of Grounding System Design on Power

Quality. IEE Power Engineering revew

PT PLN (Persero). 2001. Buku 1 Kriteria Disain Enjinering Konstruksi Jaringan

Distribusi Tenaga Listrik. PT PLN (Persero): Jakarta

Sankaran, C. 2001. Power Quality. CRC PRESS: New York

One response to “SISTEM PENTANAHAN

  1. Sebelumnya makasih untuk materinya tapi ada yang aneh pada bagian tabel pengaruh arus terhadap manusia
    itu yang arus 1,2-1,6 mA kok pengaruhnya kehilangan kontol(KONTROL) ya wkwkwwkkwkwk

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s