TUGAS AKHIR PERHITUNGAN TEGANGAN SENTUH DENGAN MENGGUNAKAN TAHANAN KONTAK KAKI DALAM SISTEM PEMBUMIAN PADA GARDU INDUK CIKUPA

Transkripsi

1 TUGAS AKHIR PERHITUNGAN TEGANGAN SENTUH DENGAN MENGGUNAKAN TAHANAN KONTAK KAKI DALAM SISTEM PEMBUMIAN PADA GARDU INDUK CIKUPA Disusun Untuk Melengkapi Tugas Akhir Dan Memenuhi Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Strata Satu (S1) Pengaju : Nama : KARTIKA SARI DESTRI N.I.M : Jurusan : Teknik Elektro Peminatan : Teknik Tenaga Listrik Pembimbing : Ir. Budi Yanto Husodo, MSc FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA JAKARTA 2008

2 LEMBAR PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini, Nama : Kartika Sari Destri NIM : Fakultas Jurusan : Teknologi Industri : Teknik Elektro Judul Skripsi : Perhitungan Tegangan Sentuh Dengan Menggunakan Tahanan Kontak Kaki Dalam Sistem Pembumian Pada Gardu Induk Cikupa Dengan ini menyatakan bahwa hasil penulisan Skripsi yang telah saya buat ini merupakan hasil karya sendiri dan benar keasliannya. Apabila ternyata di kemudian hari penulisan skripsi ini merupakan hasil plagiat atau penjiplakan terhadap karya orang lain, maka saya bersedia mempertanggung jawabkannya sekaligus bersedia menerima sanksi berdasarkan aturan tata tertib di Universitas Mercu Buana. Demikian pernyataan ini saya buat dalam keadaan sadar dan tidak di paksakan. Jakarta, 29 Agustus 2008 (Kartika Sari Destri)

3 LEMBAR PEGESAHAN PERHITUNGAN TEGANGAN SENTUH DENGAN MENGGUNAKAN TAHANAN KONTAK KAKI DALAM SISTEM PEMBUMIAN PADA GARDU INDUK CIKUPA Disusun Oleh : Nama : Kartika Sari Destri N.I.M : Program Studi : Teknik Elektro Peminatan : Teknik Tenaga Listrik Koordinator TA Menyetujui, Pembimbing (Ir.Yudhi Gunardi, MT) (Ir.Budi Yanto Husodo, Msc) Mengetahui, Ketua Program Studi Teknik Elektro (Ir.Budi Yanto Husodo, Msc)

4 ABSTRAK Pada saat terjadi gangguan pada Gardu Induk,arus gangguan tanah yang mengalir di tempat gangguan maupun di tempat pembumian, Gardu Induk menimbulkan perbedaan tegangan di permukaan tanah yang dapat mengakibatkan terjadinya tegangan sentuh yang melampaui batas-batas keamanan bagi manusia yang berada di dalamnya saat terjadi gangguan.perlu dilakukan system pembumian yang sesuai dengan standar yang ada. Untuk menjamin keamanan dan keselamatan manusia terhadap bahaya tegangan lebih di Gardu Induk diperlukan system pembumian yang baik agar tidak melampaui tegangan sentuh yang diizinkan. Untuk menentukan nilai tegangan sentuh, diperlukan beberapa parameter. parameter-parameter yang diperlukan diantaranya adalah besarnya arus gangguan tanah maksimum yang mungkin terjadi,luas Gardu Induk, tahanan jenis tanah, tahanan kontak kaki dan ukuran konduktor yang akan digunakan. Dari perhitungan diperoleh tegangan mesh atau tegangan sentuh maksimum yang sebenarnya (yang mungkin terjadi) sebesar 588,194 V (nilai ini masih berada di bawah nilai maksimum yang diizinkan,638v untuk ukuran berat badan 50 kg).disamping itu dengan menggunakan tahanan kontak kaki sederhana dan tahanan kontak kaki efektuf diperoleh tegangan sentuh masing_masing sebesar 469,44V dan 494,86V dengan kedalaman kisi_kisi pembumian 75 cm, jarak antara kedua kaki 70 cm dan perbandingan tahanan jenis tanah ( ρ s / ρ ) 100 Ω. m dan kedua nilai ini masih berada pada batas yang diizinkan.

5 KATA PENGANTAR Segala Puji syukur kita panjatkan kehadirat Allah SWT karena atas rahmat dan hidayah- Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan penyusunan tugas akhir ini bedasarkan hasil studi dengan pembahasan Perhitungan Tegangan Sentuh Dengan Menggunakan Tahanan Kontak Kaki Dalam Sistem Pembumian Pada Gardu Induk Cikupa Adapun tujuan penulisan laporan akhir ini adalah untuk memenuhi syarat untuk kelulusan pada program strata satu (S1) Teknik Elektro Universitas Mercu Buana. Dan penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis khususnya dan pembaca pada umumnya. Selama penulisan laporan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bantuan dan dukungan yang sangat berarti dari berbagi pihak secara langsung mupun tidak langsung kepada penulis untuk itu penulis mengucapkan banyak terima kasih khususnya kapada: 1. Kedua Orang Tua Tercinta beserta Kakak dan Adik yang senantiasa memberikan dorongan semangat. 2. Bapak, Ir,Budi Yanto Husodo selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Ketua Program Studi Jurusan Teknik Elektro khususnya Peminatan Teknik Tenaga Listrik Universitas Mercu Buana.. 3. Bapak Ir. Yudi Gunardi, MT, Selaku Koordinator Tugas Akhir Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri Universitas Mercu Buana 4. Teman-teman dan Sahabatku tercinta Angk TTL (Herry, Bayu, Ichwan, Aditya, Apendi, Ariyadi, Lely, Difa, Faisal, Bambang, Masrokan, Rusli, Nurdin) khususnya Herry maaf ya Tika dah ninggalin Herry tidur di perpustakaan ITI.

6 5. Serta semua Pihak yang telah membantu dalam Penyusunan Tugas Akhir ini hingga selesai yang tidak dapat Penulis sebutkan satu persatu. Semoga amal dan Ibadah serta segala bantuan yang diberikan tersebut mendapatkan pahala yang setimpal dari Allah SWT. Akhirnya penulis berharap mudah-mudahan Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi kemajuan dan perkembangan bagi Teknik Elektro khususnya peminatan Teknik Tenaga Listrik. Jakarta, 29 Agustus 2008 Kartika Sari Destri

7 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Permasalahan Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, dalam hal terjadi kontak langsung atau dalam hal ini manusia berada dalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi, khususnya pada Gardu-gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah disekitar Gardu Induk. Maka untuk menjamin keamanan dan keselamatan manusia terhadap bahaya tegangan lebih di Gardu Induk diperlukan sistem pembumian yang baik, yaitu sistem pembumian yang dibuat melalui suatu perhitungan yang teliti dari berbagai aspek yang mempengaruhinya. Parameter-parameter yang diperlukan diantaranya adalah besarnya arus gangguan tanah maksimum yang mungkin terjadi, luas Gardu Induk, tahanan jenis tanah, tahanan kontak kaki, ukuran konduktor yang akan digunakan, dan sebagainya. Beberapa dekade yang lalu, banyak orang beranggapan bahwa setiap objek yang telah dibumikan dengan tahanan yang kecil akan aman dan selamat untuk disentuh pada saat terjadi gangguan hubung ke tanah. Konsep yang salah inilah yang mungkin menjadi penyebab banyaknya kecelakaan yang terjadi dimasa lalu. Pembumian di Gardu Induk biasanya menggunakan sistem pembumian kisi-kisi (grid) yang dapat memberikan tahanan pembumian yang sangat kecil dibandingkan tahanan tanah. Dan biasanya permukaan tanah dilapisi oleh lapisan batu koral setebal 10 cm sampai 20 cm dengan tujuan untuk mengurangi perbedaan tegangan pada permukaan tanah pada saat gangguan terjadi. Karena fungsi sistem pembumian sangat penting, yaitu selain untuk mencegah kerusakan-kerusakan peralatan pada saat terjadi gangguan hubung tanah, juga untuk mencegah terjadinya kecelakaan bagi manusia yang sedang berada didalamnya, maka diperlukan perhitungan yang seteliti mungkin. Tugas akhir ini menjelaskan pengaruh jarak kedua kaki dan pengaruh kisi-kisi pembumian terhadap tahanan kontak kedua kaki manusia ke tanah. Perhitungan terhadap tahanan sangat penting karena akan menentukan besarnya yang arus mengalir di tubuh manusia saat terjadi gangguan dan berapa besar tegangan sentuh maksimum jika terjadi gangguan hubungan tanah.

8 1.2 Pokok Permasalahan Faktor keselamatan kerja merupakan prioritas utama dalam sistem pembumian Gardu Induk. Pertimbangan serta perhitungan semua aspek yang terkait didalamnya dilakukan seteliti mungkin. Tugas akhir ini disusun untuk mengugkapkan bahwa penentuan kriteria tegangan sentuh yang diizinkan di Gardu Induk sangat bergantung kepada tahanan kontak kaki efektif, yaitu tahanan kontak kaki dengan memeperhitungkan pengaruh jarak kedua kaki dan pengaruh adanya kisi-kisi pembumian. 1.3 Batasan Permasalahan Sistem pembumian pada Gardu Induk membuat permukaan tanah di lokasi Gardu Induk mempunyai perbedaan tegangan yang serendah-rendahnya pada waktu terjadi gangguan hubungan tanah atau membuat tahanan tanah serendah-rendahnya. Eksposur tegangan sentuh menyebabkan arus listrik mengalir dari satu atau dua tangan menuju bumi melalui kedua kaki yang terhubung parallel. 1.4 Metoda Penulisan Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis melakukan studi lapangan dan masalah lewat buku-buku literatur dari perpustakaan serta data-data yang diperoleh dari PT.PLN (Persero). 1.5 Sistematika Penulisan Penulisan tugas akhir ini terdiri dari lima bab, agar memudahkan pembatasan masalah dan sekaligus memudahkan pembaca untuk memahami permaslahan yang disajikan dalam tugas akhir ini. BAB I : Berisi latar belakang masalah, pokok permasalahan, metode pendekatan masalah dan sistematika penulisan BAB II : Menjelaskan tentang teori bahaya-bahaya yang timbul pada Gardu Induk pada keadaan gangguan ke tanah. BAB III : Berisi tentang pembahasan mengenai analisa tahanan kontak kaki efektif.

9 BAB IV : Menjelaskan penerapan perhitungan tegangan sentuh dengan menggunakan tahanan kontak kaki efektif dalam sisitem pembumian Gardu Induk Cikupa. BAB V : Bab ini merupakan bab penutup yang berisi kesimpulan

10 BAB II LANDASAN TEORI Secara umum kita tinjau lebih dahulu bahaya-bahaya yang mungkin dapat ditimbulkan oleh tegangan/arus listrik terhadap manusia mulai dari yang ringan sanoai yang paling berat, yaitu : terkejut, pingsan dan mati. Bahaya tersebut terutama tergantung pada besar dan durasi arus yang mengalir. Besarnya arus yang mengalir pada tubuh manusia tergantung pada tegangan sentuh dan tahanan tubuh manusia. 2.1 Tujuan Pembahasan Pembumian dapat dibagi dua yaitu pembumian sistem dan pembumian peralatan. Pembumian sistem adalah hubungan ke tanah dari titik netral sistem, sedangkan pembumian peralatan adalah hubungan ke tanah dari bagian-bagian peralatan yang terbuat dari logam yang dalam keadaan normal tidak dialiri arus listrik. Pada pembahasan ini yang dimaksud adalah pembumian peralatan, yang selanjutnya sukup disebut pembumian. Pada saat terjadi gangguan hubung ke tanah di Gardu Induk, arus gangguan tanah yang mengalir di tempat gangguan maupun di tempat pembumian Gardu Induk menimbulkan perbedaan tegangan di permukaan tanah yang dapat mengakibatkan terjadinya tegangan sentuh yang melampaui batas-batas keamanan bagi manusia yang berada di sekitarnya. Sistem pembumian di Gardu Induk diharapkan dapat membuat permukaan tanah di Gardu Induk mempunyai perbedaan tegangan yang serendah-rendahnya pada waktu terjadi gangguan hubungan tanah, atau dengan kata lain membuat tahanan jenis tanah yang serendah-rendahnya/ Secara garis besar tujuan pembuman di Gardu Induk dapat dibagi menjadi dua yaitu : 1. Untuk mengatasi beda tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dilalui arus listrik dan antara bagian-bagian ini dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman untuk semua kondisi operasi normal atau tidak normal. Untuk mencapai tujuan ini suatu sistem pembumian peralatan atau instalasi dibutuhkan. Sistem pembumian ini gunanya untuk menghasilkan potensial yang merata dalam semua bagian struktur dan peralatan. Selain itu juga untuk menjaga agar orang yang sedang berada di daerah instalasi ini tetap berada

11 pada potensial yang sama dan tidak berbahaya pada setiap waktu. Dengan dicapainya potensial yang hampir merata di seluruh permukaan Gardu Induk, kemungkinan timbulnya perbedaan potensial yang lebih besar pada jarak yang bisa di capai oleh manusia sewaktu terjadi hubung singkat kawat ke tanah menjadi sangat kecil. 2. Untuk memperoleh impedansi yang rendah dari jalan balik arus hubung singkat ke tanah. Kecelakaan pada beda potensial dapat terjadi pada saat hubung singkat ke tanah terjadi. Maka bila arus hubung singkat ini dipaksakan mengalir melalui impedansi tanah yang tinggi, ini akan menimbulkan perbedaan potensial yang besar dan berbahaya. Juga impedansi yang besar pada sambungan-sambungan pada rangkaian pembumian dapat menimbulkan busur listrik dan pemanasan yang cukup besar dapat menyalakan material yang mudah terbakar. Bahaya-bahaya yang mungkin dapat ditimbulkan oleh tegangan/arus listrik terhadap manusia mulai dari yang ringan sampai yang paling berat adalah : terkejut, pingsan atau sampai mati. Ringan atau berat bahaya yang timbul, tergantung dari faktor-faktor dibawah ini : 1. Besarnya arus yang melewati tubuh manusia. 2. Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut. 3. jenis arus searah atau bolak-balik 2.2 Arus Melalui Tubuh Manusia Kemampuan tubuh manusia terbatas terhadap besarnya arus yang mengalir didalamnya. Tetapi berapa besar dan lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampai batas yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki oleh para ahli dengan berbagai macam percobaan baik dengan tubuh manusia sendiri maupun menggunakan bintang tertentu. Dalam batas-batas tertentu dimana besarnya arus belum berbahaya terhadap organ tubuh manusia telah diadakan berbagai percobaan terhadap beberapa orang sekarelawan yang menghasilkan batasbatas besarnya arus dan pengaruhnya terhadap manusia yang berbadan sehat. Batasbatas arus tersebut dapat dibagi sebagai berikut : 1. Arus mulai terasa atau persepsi (perception current) 2. Arus mempengaruhi otot (let-go current) 3. Arus mengakibatkan pingsan atau mati atau fibrilasi (fibrillating current)

12 4. Arus reaksi (reaction current) Arus Persepsi Bila manusia memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh manusia tersebut akan memberi pengaruh. Mula-mula syaraf akan terangsang sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya, bila dengan arus bolak-balik ysng mengalir. Tetapi bila arus searah yang mengalir akan terasa sedikit panas pada telapak tangan. Pada Elektrical Testing Laboratory New York tahun 1933 telah dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan dan didapat arus rata-rata yang disebut threshold of perception current sebagai berikut : Untuk laki-laki : 1,1 ma Untuk perempuan : 0,7 ma Arus Mempengaruhi Otot Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikkan lagi, maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan lagi maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya. Di University of California School telah dilakukan penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 perempuan dan diperoleh angka rata-rata dari arus yang mempengaruhi otot sebagai berikut : Untuk laki-laki : 16 ma Untuk perempuan : 10,5 ma Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimal di mana orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut : Untuk laki-laki : 9 ma Untuk perempuan : 6 ma Arus Fibrilasi Apabila arus yang melewati tubuh lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot, maka ini dapat mengakibatkan orang menjadi pengsan bahkan sampai mati. Hal ini di sebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung yang disebut ventricular

13 fibrillation yang menyebabkan jantung berhenti dan peredaran darah tidak jalan dan orang segera mati. Untuk menyelidiki keadaan ini percobaan tidak mungkin dilakukan terhadap manusia. Untuk mendapatkan nilai pendekatan suatu percobaan telah dilakukan ada University of California oleh Dalziel pada tahun 1968, dengan menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung yang kira-kira sama dengan manusia. Terlihat pada gambar 2.1 Gambar calvel KISLEY DOGS 45 FERRIS DOGS 25 sheep 3 plgs I AVG (DOGS) I AVG (SPECIES)) 0,5% MINIMUM NON FIBRILLATING CURRENT) ma 91 ma 0,5% MINIMUM NON FIBRILLATING CURRENT) Gambar 2.1 Arus Fibrasi vs berat badan dari beberapa binatang untuk gangguan selama 3detik. Dari percobaan tersebut Dalziel menarik kesimpulan bahwa 99,5% dari semua orang yang beratnya lebih kurang 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai berikut : I k 2 = K ayau I k = k / t Dimana : k = K K = 0,0135 untuk manusia dengan berat 50 kg. = 0,0246 untuk manusia dengan berat 70 kg.

14 Maka Jadi Dan Ik 50 = 0,116 Ik 70 = 0,157 Ampere untuk berat badan 70 kg. I 2 k.t = 0,0135 untuk berat badan 50 kg. I k = 0,116 t Dimana : I K = besarnya arus lewat tubuh manusia (Ampere). t = waktu arus lewat tubuh manusia atau lama gangguan tanah (detik) Arus Reaksi Arus reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat mengakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melemparkan peralatan yang sedang dipegang yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi bertegangan tinggi, sehingga dapat terjadi kecelakaan yang labih fatal. Penyelidikan yang terperinci telah dikemukakan oleh DR.Hans Prinz dimana batasan-batasan arus tersebut disusun menurut table 2.1

15 Tabel 2.1 Batasan-batasan arus dan pengaruhnya pada manusia Besar 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 ma Pengaruh Pada Tubuh Manusia Belum dirasakan pengaruhnya, tidak menimbulkan reaksi apa-apa. Baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan akibat kejang, kontraksi atau kehilangan Mulai terasa seakan-akan ada yang merayap didalam tangan. Tangan sampai ke siku merasa kesemutan. Tangan merasa kaku dan rasa kesemutan makin bertambah. Rasa sakit tidak tertahankan, penghantar masih dapat lepas dengan gaya yang besar sekali. Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar. Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia. Batas arus yang dapat menyebabkan kematian. 2.3 Tahanan Tubuh Manusia Tahanan tubuh manusia berkisar diantara 500 ohm Ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat kontak dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk (contohnya kuku dan kulit ari) yang mempunyai tahanan yang tinggi tetapi kulit yang menyentuh konduktor bertegangan tinggi langsung terbakar, jadi tahanan kulit ini tidak berarti apa-apa. Jadi hanya tahanan tubuh yang dapat membatasi arus. Berdasarkan hasil penyelidikan diatas sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm.

16 2.4 Tegangan Disekitar Gardu Induk Pada system tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, dalam hal terjadi kontak langsung atau dalam hal ini manusia berada didalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Tetapi sebenarnya yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus yang mengalir dalam tubuh manusia. Khususnya pada Gardu-gardu Induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar Gardu Induk. Arus gangguan tersebut menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan 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 didalam dan di sekitar Gardu Induk tersebut Macam Tegangan Sulit untuk menentukan secara tepat mengenai perhitungan trgangan yang mungkin timbul akibat kesalahaan ke tanah terhadap orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar Gardu Induk, karena banyaknya faktor yang mempengaruhi dan tidak diketahui. 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 perbedaan tegangan selama mengalirnya arus gangguan tanah dapat di gambarkan sebagi berikut : o Tegangan sentuh. o Tegangan langkah. o Tegangan pindah.

17 Tegangan Sentuh Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat antara suatu objek yang disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetahuan yang berada di bawahnya atau tegangan yang timbul antara dua bagian yang dapat tersentuh dengan serempak karena terjadi kegagalan isolsi. Besarnya arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari kiri orang tersebut. Gambar 2.2 Es Es R k Ro Rf R k 2 Rf 2 Tegangan yang timbul terhadap yang jauh selama gangguan Gambar 2.2. Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya. Dari rangkaian pengganti dapat dilihat hubungan sebagai berikut E s = (R k + R f / 2). I k Dimana : E s R k = tegangan sentuh (Volt) = tahanan badan orang (=1000 Ohm) R f = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki pada tanah yang diberi lapisan koral 10 cm (=3000 Ohm) I k = besarnya arus yang melalui badan (Ampere) Tahanan badan manusia telah diselidiki oleh beberapa ahli dan sebagai harga pendekatan diambil R k = 1000 Ohm. Tahanan R f mendekati harga 3 ps dimana ps adalah jenis tanah di sekitar permukaan. Arus I k diambil dari harga dalam persamaan (2.1). Dimana : I k = 0,116 / t

18 Dengan demikian tegangan sentuh menjadi E s = ( ps/2) 0,116 t Dimana ps = tahanan jenis tanah disekitar permukaan tanah (ohm-meter) = 3000 ohmmeter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm. t = waktu kejut (detik) atau lama gangguan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan. Tabel 2.2 Tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan Lama gangguan t ( detik ) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,0 3,0 Tegangan sentuh yang diizinkan (volt )

19 Tegangan langkah Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul diantara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2.3 Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu. R 1 E l R f Rk E l R 0 R f I k Tegangan yang timbul Terhadap tanah yang Jauh selama gangguan R f R f R 1 R 2 R 0 Gambar 2.3 Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan tegangan langkah sebagai berikut : E l = (R k + 2 R f ). I k = ( ps) x 0,116 / t = ,696.ps t Dimana : E l = tegangan langkah (volt) Rk = tahanan badan orang (=1000 ohm) Rf = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki (ohm) = 3 ps t = waktu kejut (detik) ps = tahanan jenis tanah di sekitar permukaan tanah (ohm-meter) = 3000 ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm. Dalam Tabel 2.3 diberikan besar tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan. Tabel 2.3 Tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan

20 Lama gangguan t (detik) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,0 3,0 Tegangan langkah yang diizinkan (volt) Tegangan Pindah Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh, dimana tegangan ini terjadi karena orang yang berdiri didalam Gardu Induk menyentuh suatu peralatan yang dibumikan pada titik jauh sedangkan alat tersebut dialiri leh arus kesalahan ketanah. Gambar 2.4 R k R f 2 I I k E Pindah E Pindah = IR o I Kawat netral atau kawat Komunikasi dll. Yang dibumikan pada titik Yang jauh Rk Tegangan yang timbul terhadap tanah yang selama gangguan Rf 2 Ro I Gambar 2.4. Tegangan pindah dengan rangkaian penggantinya Dari gambar 2.4 terlihat bahwa, manusia akan merasakan tegangan yang lebih besar, bila dibandingkan dengan tegangan sentuh seperti pada gambar 2.2. Tegangan pindah akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pembumian total. Tegangan pindah

21 itu sulit untuk dibatasi, tetapi biasanya konduktor-konduktor telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi. Dari gambar 2.4 diperoleh E Pindah = R o, dengan anggapan I k << I sebab R f + R k >> Ro 2 Dimana : R o = Dan ρ ρ + 4r L ρ = Tahanan jenis tanah ( Ω.m) Dimana : Dan R o = ρ ρ + 4r L ρ = Tahanan jenis tanah ( Ω.m ) r = jari-jari ekuivalen dari luas Gardu Induk (m). L = panjang total dari konduktor kisi-kisi dan batang (m). Untuk waktu tertentu berlangsungnya arus gangguan, dalam detik, tegangan pindah yang diizinkan adalah sama dengan tegangan sentuh.

22 2.5 Parameter-parameter untuk system pembumian Gambar 2.5 memperlihatkan arus gangguan I f sedang mengalir menuju bumi melalui system pembumian Gardu Induk dan melalui seseorang yang menyentuh peralatan metal yang dibumikan di titik H. Z (siste m ) I f H I g Ib F Kisi-kisi Gambar 2.5 Eksposur tagangan sentuh Arus I b yang mengalir dari titik H melewati manusia tersebut menuju bumi pada titik F dapat dihitung, yaitu dengan tegangan antara titik H dan F yang timbul pada saat tidak ada orang dititik tersebut dengan tahanan dari sirkuit yang terjadi pada waktu eksposur tegangan sentuh tejadi. Tahanan sirkuit ini terdiri dari : Tahanan sarung tangan dan tahanan kontak dari tangan seseorang. Tahanan tubuh manusia. Tahanan sepatu dan kaus kaki. Tahanan kontak kaki yang terhubung paralel. Tegangan sentuh maksimum yang mungkin terjadi di Gardu Induk adalah tegangan mesh, yaitu beda tegangan antara objek yang tersentuh dengan titik pusat kisi pembumian. Pada Gardu Induk transmisi tegangan tinggi, arus gangguan maksimum I f diasumsikan tidak bergantung pada ada tidaknya manusia pada lintasan arus. Asumsi ini didasarkan pada kenyataan bahwa tahanan tubuh manusia jauh lebih besar daripada tahanan sistem pembumian. Tahanan kontak dari tangan sarung tangan, sepatu dan kaus kaki sifatnya sangat tidak pasti dan bisa sangat rendah. Oleh karenanya, tahanan semua itu diasumsikan sama dengan nol. Sedangkan tahanan tubuh manusia mempunyai variasi yang sangat

23 besar. Untuk alasan keamanan, IEEE Standard 80 manganjurkan harga 1000 ohm untuk tahanan tubuh manusia, harga ini akan dipakai selanjutnya dalam setiap perhitungan. Untuk mendapatkan sistem pembumian yang benar-benar aman, diperlukan perhatian dan perhitungan yang teliti terhadap parameter-parameter yang ada. Parameter-parameter tersebut diantaranya adalah sebagai berikut : Tahanan jenis tanah. Pengukuran tahanan pada lokasi gardu induk diambil pada beberapa lokasi dan diambil harga rata-ratanya. Namun demikian dianjurkan untuk mengambil harga tahanan jenis tanah yang paling besar. Tahanan jenis tanah akan menentukan besarnya tahanan sistem pembumian. Penentuan besar arus fibrilasi. Arus fibrilasi adalah besarnya arus yang menyebabkan jantung mulai berhenti dan peredaran darah tidak jalan. Besar arus gangguan hubung tanah Besar arus gangguan tanah maksimum didasarkan pad nilai arus pemutusan dari peralatan pembumian digardu induk. Diperlukan perhitungan dan penelitian khusus untuk menghitung besar arus gangguan tanah ini. Konduktor yang digunakan Pertama, konduktor jenis apa yang akan digunakan. Kedua menghitung ukuran panjang batang konduktor yang digunakan. Menentukan kriteria tegangan sentuh maksimum yang diizinkan. Penentuan harga ini adalah untuk mendapatkan konfigurasi sistem pembumian yang sebaik-baiknya, yaitu yang memungkinkan terjadinya tegangan mesh tidak melebihi tegangan sentuh maksimum sebenarnya. Menghitung tegangan mesh maksimum sebenarnya. Hasil ini dibandingkan dengan tegangan sentuh. Jika masih lebih besar, maka perlu dilakukan modifikasi terhadap rancangan terdahulu sampai tercapai harga yang aman. Dari banyaknya parameter yang harus dihitung, tahanan kontak kaki merupakan faktor yang harus lebih diperhatikan, karena akan menentukan besarnya arus yang melewati tubuh manusia. Tahanan kontak kaki ini pada hakekatnya adalah tahanan tanah tepat dibawah kaki yang dirasakan sewaktu arus listrik melewati kaki manusia.

24 Tahanan ini akan menentukan besarnya tegangan sentuh maksimum yang diizinkan. Oleh karenanya perhitungan tahanan kontak kaki ini haruslah tepat dan cermat. Tahanan kontak kaki merupakan fungsi dari parameter-parameter berikut : 1. Ukuran kaki dan jarak antara kedua kaki. 2. Tahanan jenis tanah. 3. Ketebalan dan tahanan jenis lapisan permukaan, biasanya lapisan koral. 4. Adanya kisi-kisi pembumian dibawah kaki yang dialiri arus listrik.

25 BAB III ANALISIS TAHANAN KONTAK KAKI Pengamanan tegangan sentuh terhadap manusia bergantung pada besarnya tahanan kontak kaki (pembumian hanya di bawah kaki). Pada permukaan tanah pada gardu induk, biasanya diletakkan lapisan batu koral dengan ketebalan 10 sampai 20 cm [9]. Hal ini memberikan tahanan jenis yang tinggi pada permukaan tanah. Biasanya tahanan kontak kaki diambil sebesar 3ρ s, di mana ρ s adalah tahanan jenis dari lapisan permukaan di bawah kaki (batu koral dalam garu induk). Dengan keadaan tersebut yang berasal dari model kaki sebagai sebuah konduktor lingkaran dengan radius sebesar 8 cm [9]. Dalam bentuk rangkaian untuk tegangan sentuh tahanan kaki totalnya adalah 1,5 ρ s. Pendekatan ini mungkin memberikan kesalahan tahanan kaki karena beberapa faktor : Tahanan kontak mutual antara dua kaki. Batas ketebalan dari lapisan permukaan batu koral. Akumulasi dari kotoran dalam celah-celah udara antara bagian-bagian dari batu koral. Debu-debu atau kotoran-kotoran ini turun ke bawah akibat hujan dan menurunkan tahanan jenis dari batu koral yang berada pada lapisan bagian bawah Pengaruh Lapisan Tahanan kontak kaki (tahanan pada pembumian yang ada di antara kaki) adalah faktor yang sangat penting dalam penentuan pengamanan tegangan sentuh dan tegangan langkah terhadap manusia di Gardu Induk. Tahanan kontak kaki diambil ekuivalen dengan tahanan pembumian dari plat konduktor berbentuk lingkaran (circular conducting disc) dengan jari-jari 8 dan ditempatkan secara horizontal di permukaan tanah. Tahanan pembumian R f dari plat konduktor berbentuk lingkaran (circular

26 conducting disc) dengan jari-jari 8 cm dan ditempatkan secara horisontal di permukaan tanah. Tahanan pembumian R f dari plat konduktor berbentuk lingkaran dengan jari-jari b pada permukaan tanah yang mempunyai tahanan jenis atau resistivitas homogen ρ s adalah [9] : R f = ρs 4b (3.1) Untuk : B = 0,08 m Gambar 3.1. Keadaan Tegangan Sentuh Lapisan permukaan tipis dari butu kerikil berada di atas tanah memiliki tahanan jenis (resistivity) yang rendah untuk tahanan kontak kaki. Tahanan kontak kaki pada batu kerikil pada gardu induk [11] : R f = ρs G(Y) (3.2) 4b dimana : G(Y) = fungsi dari ukuran kaki. Dan pertimbangan faktor K [5,9] :

27 ρ ρ s K = ρ + ρs (3.3) dimana : ρ s = tahanan jenis dari butu kerikil (ohm-m) ρ = tahanan jenis dari tanah (ohm-m) Gambar 3.2, merupakan harga perbandingan dari G (Y) terhadap h dan K dengan b diambil 0,08 m. Gambar 3.2. G (Y) terhadap h dan K [11] Kalau jarak antara kedua kaki jauh lebih besar dari ukurannya, tahanan kontak mutual antara keduanya dapat diabaikan. Pada situasi tersebut, tahanan kontak kedua kaki dalam keadaan parallel, R 2fp adalah [11] : R 2fp = 1 R f 2 = 2 1 ρs G(Y) 4b untuk : b = 0,08 m Dua parameter berikut memberikan perubahan besarnya harga tahanan kontak dua kaki, seperti diberikan oleh persamaan (3.4).

28 a) Tahanan mutual antara kedua kaki. b) Keberadaan kisi-kisi saat dialiri arus listrik maupun tidak, yang berada di bawah kaki. Tahanan kontak mutual antara kedua kaki menyebabkan peningkatan harga tahanan kontak kaki, sedangkan keberadaan kisi-kisi pembumian dapat menurunkan tahanan konitak kaki Keadaan Kejut Pada Kondisi Tegangan Sentuh Berlangsung Keadaan Tegangan Sentuh Gambar 3.3 menggambarkan sebuah keadaan atau kondisi tegangan sentuh di mana seorang berdiri di permukaan tanah yang berada di atas sistem pembumian dan menyentuh dengan tangannnya sebuah peralatan metal/logam yang terhubung secara listrik dengan sistem pembumian dengan tangannya. Arus gangguan total I t yang mengalir kedalam jaringan listrik dapat diasumsikan tidak bergantung pada keberadaan orang di tempat kejadian. Gambar 3.3. Skenario Eksposur Tegangan Sentuh [9]

29 Gambar 3.4, menjelaskan variasi parameter fisik yang mempengaruhi besarnya arus yang melewati tubuh manusia. Gambar 3.4. Parameter Fisik yang Mempengaruhi Tahanan Kontak Kaki Pendekatan dengan Ekuivalen Thevenin Gambar 3.5. memperlihatkan suatu situasi seseorang sebagai objek dari keadaan tegangan sentuh, dan gambar berikutnya menggambarkan jaringan dua terminal dari situasi tersebut. Gambar 3.5. Gambaran dua terminal dari Sistem Bumi Kisi-kisi Kaki (Earth-Grid-Foot System) [3]

30 Terminal dua merupakan titik dari sistem yang memiliki potensial yang sama dengan kisi-kisi yang dialiri arus. Terminal satu merupakan bidang yang kecil pada permukaan bumi di mana terjadi kontak langsung dengan kaki manusia. Jika tahanan dari kaki orang tersebut dibayangkan berada di pergelangan kaki, maka terminal satu ini adalah kaki manusia. Untuk sistem tegangan tinggi, jaringan transmisi yang mensuplai arus kesalahan/gangguan ke kisi-kisi pembumian dapat didekati sebagai sebuah arus ideal (sumber arus yang konstan). Hal ini karena impedansi jaringan ekuivalen adalah sangat besar jika dibandingkan dengan impedansi pada kisi-kisi. Oleh karena itu, jaringan dua terminal yang diperlihatkan pada Gambar 3.5, hanya terdiri dari elemen-elemen pasif dan sebuah sumber arus ideal. Teorema Thevenin memperbolehkan kita untuk merepresentasikan dua terminal ini dengan rangkaian yang diperlihatkan pada gambar 3.6. Gambar 3.6. Rangkaian Ekuivalen Thevenin dari 2 Terminal Rangkaian ekuivalen Thevenin ini berlaku untuk setiap konfigurasi kisikisi, setiap ukuran dan lokasi serta tahanan jenis tanah, di mana Z sistem pada Gambar 3.5 tidak mempengaruhi beberapa parameter Thevenin. Hal ini berarti seluruh impedansi di dalam jaringan dua terminal berada di tanah, konsekuensinya

31 adalah Z eq proporsional dengan tahanan jenis tanah dan dianggap bersifat resistif. Oleh karena itu, Z eq menjadi R eq. kenyataan ini menjadi sangat berguna dalam menguji pengaruh tahanan jenis tanah terhadap aliran arus di dalam tubuh Arus Tubuh dari Rangkaian Thevenin Dari model Thevenin, terlihat bahwa arus tubuh sebenarnya yagn melewati tubuh manusia dengan tahanan tubuh (R b ), ketika menyentuh dua terminal adalah : I b = R eq V eq + R b di mana : I b adalah arus tubuh sebenarnya. Sedangkan yang didapat dengan menggunakan ANSI/IEE Guide 80 : I b IEEE = R f 2 V eq + R b di mana : R f 2 = Tahanan kontak kaki pada 2 kaki I b IEEE = arus tubuh Dari kedua rumus akan didapat persamaan : R eq = R f 2 Akan tetapi R f merupakan kuantitas yang tetap untuk tipe tanah dan ukuran kaki yang ditentukan, sedangkan R eq dapat bervariasi untuk kondisi tipe tanah dan ukuran kaki yang tetap, dengan mengubah ukuran kisi-kisi dan lokasi kaki. Pada kondisi tertentu, mungkin R eq akan sama dengan R f /2.

32 3.3. Pengaruh Lumpur pada Batu Koral Tingginya tahanan jenis lapisan batu koral disebabkan oleh banyaknya celah-celah udara di antara bagian-bagian batu koral. Dengan perputaran waktu, pencemaran mulai memasuki celah-celah udara tersebut dan air hujan membawanya turun ke lapisan terbawah dari lapisan batu koral. Lapisan terbawah dari batu koral merupakan campuran batu koral dan tanah. Karena debu/kotoran yang turun bersama air hujan akan mengisi celah-celah udara di antara batu koral, maka lapisan terbawah antara batu koral dan tanah akan memiliki tahanan jenis yang sangat rendah (ρ s1 ), jika dibandingkan dengan tahanan jenis dari batu koral yang bersih. Untuk menentukan besarnya tahanan kontak kaki pada lapisan batu koral yang bercampur dengan lumpur atau debu dipergunakan persamaan [9] : R f R' R f f hl ρ s1 1 1 h ρ s = hl 1+ tanϑ2 b (3.8) di mana : R f = tahanan kontak kaki untuk lapisan batu koral yang bersih R f = tahanan kontak kaki untuk lapisan batu koral yang becampur lumpur. ρ s ρ s1 h h 1 = tahanan jenis pada lapisan batu koral yang bersih. = tahanan jenis pada lapisan batu koral yang bercampur lumpur. = ketebalan lapisan batu koral = ketebalan lapisan batu koral yang bercampur lumpur Pengaruh Jarak Kedua Kaki Pada saat terjadinya tegangan sentuh jarak antara kedua kaki seseorang adalah sekitar 20 sampai 70 cm [5,11]. Pada jarak ini tahanan kontak mutual r fm, antara kedua kaki

33 tidak dapat diabaikan. Dengan mempertimbangkan R fm, maka tahanan kontak kedua kaki dalam keadaan parallel R 2fpm, adalah [11] : 1 R 2fpm = ( R + ) 2 f R fm (3.9) Pengaruh dari R fm adalah meningkatkan harga tahanan kontak kaki dengan faktor pendekatan (proximity factor) α [11]. α = R 2 fpm R 2 fp (3.10) Tahanan kontak mutual di antara kedua kaki yang terpisah dengan jarak d meter pada permukaan tanah dengan tahanan jenis ρ s yang homogen, diberikan oleh persamaan berikut [11] : R fm = ρ s / (2πd) (3.11) Persamaan tersebut diberikan dengan mengasumsikan kaki sebagai ekuivalen. Dari persamaan (3.2), (3.4), (3.11) [11] : R 2fpm = α = 1 + α R 2 2b πd f (3.12) (3.13) Gambar 3.8, menunjukan perbandingan α terhadap d, dengan b = 0,08 m. Pada persamaan (3.11) akan berlaku pada d >>b. Gambar 3.7 α versus d.

34 3.5. Pengaruh Kisi-kisi (Grid) Pada Pembumian Adanya kisi-kisi (grid) pembumian pada fasilitas gardu induk bertegangan tinggi yaitu agar memudahkan arus untuk mengalir ke tanah dan juga berpengaruh pula terhadap besarnya tahanan kontak kaki. Penurunan harga tahanan kontak kaki bergantung pada kedalaman dari penanaman kisi-kisi (grid), H, lokasi kaki, dan ukuran mesh dari kisi-kisi serta konduktor pada kisi-kisi. Penurunan harga tahanan kontak kaki akan semakin besar bila kedalaman dan ukuran mesh pada kisi-kisi (grid) semakin kecil. Untuk lokasi kaki dan kedalaman kisi-kisi (grid) pembumian yang tertentu, tahanan kontak kaki akan turun dengan adanya peningkatan jumlah mesh. Batas terendah didapat jika jumlah mesh tak terhingga, dalam hal ini kisi-kisi (grid) dianggap sebagai plat. Untuk mempermudah perhitungan untuk tahanan kontak kaki, kisi-kisi (grid) diasumsikan sebagai plat konduktor yang sangat besar. Tujuannya adalah untuk menghindari kebutuhan parameter-parameter kisi-kisi seperti ukuran kisi-kisi, ukuran dan jarak dari konduktor kisi-kisi, dalam perhitungan untuk kontak kaki. Bagaimana pun asumsi tersebut menghasilkan kesalahan yang kecil, yang mana hasilnya cukup baik dilihat dari segi keamanannya. Dan kaki manusia biasanya direpresentasikan oleh sebuah plat ekuivalen, tahanan pembumian, R f dari ekuivalen lingkaran dengan jari-jari b 1 pada permukaan tanah dengan tahanan jenis (resistivity) ρ s adalah [11] : R f = ρ s 2πb ) ( 1 (3.14) Jari-jari dari ekuivalen, b 1 dan b dihubungkan oleh persamaan di bawah ini [11] : 2b b 1 = π (3.15)

35 Bila plat konduktor yang besar dan horisontal ditempatkan pada kedalaman H, tahanan pembumian ekuivalen, R fg dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan [11] : R fg = ρ s 1 0, 693 2π b 1 H (3.16) Dari persamaan (3.14), (3.15) dan (3.16) didapat : R fg = β. R f (3.17) Di mana β adalah faktor kedekatan kisi-kisi (grid proximity factor), yaitu [11] : β = 1 0,693 2b πh (3.18) Gambar 3.8. Model Kaki pada Lapisan Batu Koral [11] Bila kaki berada pada lapisan batu koral, β akan dimodifikasi oleh perbandingan ρ/ρ s dan kedalaman lapisan batu koral. Gambar 3.8, menggambarkan model ekuuivalen dari kaki pada lapisan permukaan batu koral yang menutupi lapisan tanah yang seragam (uniform). Kaki digambarkan oleh plat lingkaran yang diletakkan pada kerucut yang terpancung (truncatd cone) yang menggambarkan lapisan koral. Kerucut tersebut mempunyai

36 tahanan jenis (resistivity) yang sama, ρ s, dengan batu koral, dan ketebalan h sama dengan ketebalan lapisan batu koral. Jari-jari pada puncak kerucut adalah sama dengan jari-jari ekuivalen kaki, b. Dari model tersebut, tahanan kontak kaki, R f, ditentukan oleh penjumlahan kerucut, R c. dan tahanan tanah, R [11] s. ρ s R f = R c + R s = G( Y ) 4b R c = [ π b ( b + ρh tanθ1) ] s h (3.19) (3.20) Tahanan tanah tersebut dapat dihitung dengan asumsi dasar dari kerucut adalah plat lingkaran yang mengalirkan arus ke tanah [11]. R s = ρ / (4b s ) (3.21) Di mana : B s = b + h tan θ 1 (3.22) Bila plat metal yang besar diletakkan pada kedalaman H seperti Gambar 3.8, diasumsikan plat tersebut tidak mempengaruhi keberadaan kerucut batu koral. Karenanya, R c, tidak berubah. Keberadaan plat bagaimanapun juga akan mengubah tahanan yang diperlihatkan oleh tanah dari R s menjadi R sg. R sg = R s b s 2 1 0,693 (3.23) πh Tahanan kontak kaki dengan adanya plat tersebut adalah : R fg = R c + R sg (3.24) Dari persamaan (3.19) sampai (3.24). R fg = β R f Di mana β adalah faktor kedekatan kisi-kisi (grid proximity factor) [11] :

37 2b β = 1 0,693 πh 1 ρ s ρ 1 G( Y ) (3.25) Kedua faktor kedekatan, α dan β, yang ditunjukkan oleh persamaan (3.13), dan (3.25), dapat dikombinasikan untuk mendapatkan tahanan kontak kaki dari kedua kaki dalam keadaan parallel pada lapisan batu koral di Gardu Induk. Tahanan kontak kaki, R 2fpg, dengan memperhitungkan keberadaan sistem pembumian pada gardu induk dengan adanya kedua kaki, yaitu [11] : R 2fpg = (1/2) αβ R f (3.26) Dalam situasi praktis, β dapat bervariasi dari 0,95 sampai 1,0. Karena kecilnya variasi hingga β dari 1,0, kesalahan yang ditimbulkan sebagai akibat dari adanya kehadiran/keberadaan kisi-kisi sebagai plat tidaklah terlalu besar. Dan masih berada dalam batas-batas yang aman Tahanan Kontak Kaki Efektif Tahanan kontak kaki efektif adalah tahanan yang diperlihatkan oleh tanah untuk dilalui arus dari kedua kaki, bila arus kesalahan menuju sistem pembumian dan seseorang mengalami tegangan sentuh. Rangkaian ekuivalen Thevenin digunakan untuk pendekatan, berupa jaringan dua terminal (two part network) dapat digunakan untuk mengevaluasi tahanan kontak kaki efektif. Berdasarkan teorema Thevenin arus tubuh I b yang melewati tubuh manusia, di saat tersebut mengalami tegangan sentuh. Terlihat pada Gambar 3.1. a) Berpindahnya seseorang dari sistem pembumian dan anggap plat menggambarkan keberadaan kaki seseorang tersebut pada pembumian.

38 b) Daptkan tegangan Thevenin, V th, yang mana tegangan di antara H dan F bila tidak ada orang. Harga maksimum tegangan sentuh pada gardu induk adalah tegangan mesh, E m. V th = E m (3.27) c) Dapatkan impedansi Thevenin, Z th, yang merupakan impedansi sistem dilihat dari titik H dan F dalam keadaan sumber tegangan dihubung singkat. Pada gardu induk, impedansi sistem jauh lebih besar dari pada tahanan sistem pembumian. Sehingga impedensi Thevenin untuk tujuan praktis adalah tahanan pembumian di antara plat yang menggambarkan kedudukan kaki pada titik F dan sistem pembumian gardu induk. Tahanan tersebut, R 2fpe, adalah sebagai berikut [11] R 2fpe = R 2fpg + R g 2R m (3.28) R 2fpe = (1/2) α β R f + R g 2R m (3.29) Di mana : R g = tahanan pembumian pada kisi-kisi. R m = tahanan pembumian mutual di antara pembumian kisi-kisi dan kedua kaki. d) Arus I b mengenai tubuh seseorang bila orang tersebut menyentuh titik H dan F. Gambar 3.1, memperlihatkan arus gangguan I f, sedang mengalir menuju sistem pembumian dan seseorang yang menyentuh peralatan metal yang dibumikan pada titik H. I b adalah arus yang mengalir dari H melalui tubuh orang tersebut menuju arah pada titik F dan I g adalah arus yang mengalir melalui sistem pembumian pada Gardu Induk. R b R g = tahanan tubuh manusia = tahanan pembumian dari sistem pembumian R 2fpg = tahanan pembumian dua kaki dalam keadaan parallel pada saat tidak ada arus gangguan dan kisi-kisi pembumian tidak dilalui arus

39 R m = tahanan pembumian mutual di antara kisi-kisi pembumian dan kedua kaki. Harga minimum tahanan sistem pembumian gardu induk pada tanah yang homogen, dapat dihitung dengan memisalkan sistem pembumian adalah plat logam berbentuk lingkaran pada permukaan tanah dengan tahanan jenis tanah telah dihitung terlebih dahulu. Tahanan pembumian pada kisi-kisi adalah [8] ; R g = ρ 4 π A (3.30) Di mana : R g ρ = tahanan pembumian gardu induk (ohm) = tahanan jenis tanah rata-rata (ohm meter) A = luas gardu induk yang dicakup oleh sistem pembumian (m 2 ) Perkembangan selanjutnya, Laurent dan NIemann memberikan suatu persamaan [8] : R g = ρ 4 π + A ρ L (3.31) di mana L adalah panjang total konduktor pembumian (meter). Persamaan (3.38) dan (3.39) hanya berlaku untuk kedalaman kisi-kisi yang kurang dari 0,25 meter. Untuk kedalaman kisi-kisi antara 0,25 sampai 2,5 meter, tahanan sistem pembumian yang lebih akurat diberikan oleh Sveraks, yaitu [8] : R g = ρ L 20A H A (3.32)

40 di mana H adalah kedalaman penanaman kisi-kisi pembumian. Sedangkan tahanan mutual pembumian antara kisi-kisi dan kaki sangat tergantung pada lokasi. Pada titik di mana seseorang mengalami tegangan sentuh maksimum, tahanan mutual pembumian, R m dapat ditentukan dengan tegangan mesh dan totalkenaikan tegangan total (total voltage rise), I g R g, dari kisi-kisi [9]. R m = (I g R g E m ) / I g (3.33) R m pada situasi praktis biasanya antara 60% sampai 90% dari harga R g.

41 BAB IV PERHITUNGAN TEGANGAN SENTUH DENGAN MENGGUNAKAN TAHANAN KONTAK KAKI DALAM SISTEM PEMBUMIAN PADA GARDU INDUK CIKUPA 4.1. Sistem Kelistrikan Gardu Induk Cikupa Gardu induk Cikupa termasuk dalam Sistem INterkoneksi Jaringan Transmisi Jawa dan Bali. Gardu Induk Cikupa terletak pada Sub Jaringan Sistem Region 1 Jakarta Raya dan Tangerang. Gambar Konfigurasi Jaringan Sub Sistem Region 1 diperhatikan pada Lampiran A Gambar G-1. Gardu Induk Cikupa memiliki 3 incoming feeder, yaitu dari Gardu Induk Kembangan dan dua feeder dari Gardu Induk Jatake, serta ada 5 outgoing feeder yaitu ke Gardu Induk Pasar Kemis I, II dan Gardu Induk Balaraja I, II. Di samping itu ada 2 feeder ke transformator penurun tegangan 150 kv/20 kv untuk keperluan listrik di daerah Cikupa dan sekitarnya (Gambar single line diagram GI Cikupa disajikan pada Lampiran A Gambar G-2) Perhitungan Pembumian untuk Gardu Induk Cikupa Perhitungan ini dilakukan untuk sistem pembumian dan menetapkan batasan yang aman untuk perbedaan potensial yang mungkin terjadi pada Gardu Induk yang mengalami kondisi gangguan antara titik gangguan yang mungkin terhubung atau tersentuh tubuh manusia. Gambar sistem pebumian kisi-kisi Gardu Induk Cikupa diperlihatkan pada Lampiran A Gambar G Arus Gangguan ke Tanah (Earth Fault Current) Untuk Gardu Induk Cikupa adalah : di mana : Tegangan = 150 kv untuk Gardu Induk Cikupa.

42 Daya hubung singkat pada Gardu Induk Cikupa adalah 10130,55 MVA. Maka arus hubung singkatnya adalah : I hs = 10130,55 = 38,99 ka 3 x 150 di mana : arus hubung singkat adalah 3 phasa simetris dengan menyesuaikan ukuran dari panjang konduktor parallel utama tetapi 60% dari arus hubung singkat 3 phasa sebagai arus gangguan ke tanah [1] yang diterapkan untuk menghitung tegangan sentuh (touch voltage) dan kenaikan tegangan kisi-kisi maksimum (maximum grid potensial rise) adalah : I g = 3V LN Z + Z + Z (4.2) di mana : V LN adalah tegangan line ke netral, Z 1 = Z 2, Z 0 = 3 Z 1 (Z 0 berasal dari impedansi pada jaringan pada masing-masing Gardu Induk). Yang mana permohonan harga impedansi dari PLN tidak dianggapi, maka diasumsikan Z 0 adalah 3Z 1 untuk penggunaan umum pada sistem tegangan tinggi. I g = Z 1 3. V LN + Z + Z 2 0 (4.3) I g = 3. 5 V LN (4.4) Z 1 I g = 3.I 5 p (4.5) I g = 0,6 x I p (I p = His = Arus hubung singkat simetris 3 phase) [11].

43 Tahanan Jenis Tanah (Soil Resistivity) Tahanan jenis tanah hpada Gardu Induk Cikupa adalah 50 Ω. m dan panjang total konduktor adalah 3773 m Ukuran Konduktor Pembumian (Earthing Conductor Size) [1] a = TCAP 10 t. α. ρ c r r I g 4 K.ln. K T m + T a (4.6) Dimana : a = Luas penumpang konduktor (mm 2 ) I g = Arus gangguan pembumian (23,394 ka) T m = Suhu maksimum konduktor yang diizinkan dalam 0 C (250 untuk tipe sambungan dengan baut) T a = Suhu tahanan sekeliling maksimum dalam 0 C (40) T r = Suhu referensi dari material yang konstan dalam 0 C α 0 = Koefisien panas pada tahanan jenis adalah 0 0 C α r = Koefisien panas pada suhu referensi tahanan jenis T r (0,00381 dari Tabel L-1 pada lembar lampiran) ρ r = Tahanan jenis dari konduktor pembumian pada referensi suhu T r dalam μω/cm 3 ( dari Tabel L-1 pada lembar lampiran) K 0 = 1/α 0 atau (1/α 1 )-T, (242 dari Tabel L-1 pada lembar lampiran) t c = Lama gangguan dalam detik (1)

44 TCAP = Faktor kapasitas panas dari tabel L-1 pada lembar lampiran, dalam J/cm 3 / 0 C (3,422) a = 23, , x ln 1.0, , = 137,61 mm 2 Tetapi konduktor yang dipilih ; 150 mm Tahanan Pembumian Kisi-kisi (Grid Resistance) [8] R g = ρ + 1+ L 20A 1+ H 20 / A (4.7) Dimana : R g = Tahanan pembumian Gardu Induk dalam Ω ρ = Tahanan jenis tanah rata-rata dalam Ω.m (50 Ω.m) L = Panjang total konduktor pembumian dalam meter (3773 m) H = Kedalaman penanaman kisi-kisi pembumian konduktor dalam meter (0,75 m) A = Luas Gardu Induk yang diliputi sistem pembumian dalam m 2 (12688 m 2 ) R g = , = 0,21 Ω Tegangan Sentuh yang Diizinkan (Tolerable Touch Voltage) E s = ( ,5C s ρ s ) 0,116 / t (4.8) Dimana : C s = Untuk luas permukaan yang tidak diamankan (1)

45 ρ s = Tahanan jenis permukaan tanah dalam Ω.m (3000 Ω.m untuk dengan lapisan kerikil) t s = Lamanya arus gangguan dalam detik (1 detik) E s = , ) 0,116 / 1 = 638 Volt Tegangan Mesh [5] E mesh = K m ρ L I g (4.9) Dimana : 2 2 D D + 2H H K K m = ii 8 In + π + In (4.10) 16 H d 8 D d 4d K h π (2n 2) 2 1 ( ) K ii = faktor koreksi untuk kisi-kisi dengan pembumian rods sepanjang garis keliling, atau untuk kisi-kisi dengan pembumian rods pada sudut kisi-kisi. (1) K ii = 1 (2 ) n n 2 / Untuk kisi-kisi tanpa pembumian rods. K h = 1+ H / H 0 (1,3229) K i = Faktor koreksi untuk ketidakteraturan H 0 = Referensi kedlaman kisi-kisi (1 m) H = Kedalaman penanaman konduktor dalam meter (0,75) n = Jumlah konduktor parallel dalam kisi-kisi utama (17)

46 d = Diameter konduktor kisi-kisi dalam meter (0,0202) D = Jarak antara konduktor-konduktor parallel pada kisi-kisi dalam meter (6) L = Panjang konduktor yang ditanam dalam meter (3773) K m = 2 16 In 2π ,75 0, ( ,75) ,0202 0, , In 1+ 0,75 π (2 17 1) = 0,53 K i = 0, ,172 x n = 0, ,172 x 17 = 3,58 E mesh = 0,53 3,58 50 = 588,194 Volt x 0, Tegangan mesh (588,194 V) < Tegangan sentuh yang diizinkan (638 V) Kenaikan Tegangan Maksimum Kisi-Kisi (Maximum rid Potential Rise) [5] E g = I g R g = I g C p D r R g (C p = D r = 1) (4.11) = 0,6 I p C p D r R g di mana : C p = Faktor pengurangan lamanya kejadian t f (1) D r = Faktor koreksi rencana (1) Jadi : E g = x 0,6 x 1 x 1 x 0,21 = 4,9 kv