ANALISIS SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK TELUK LEMBU DENGAN BENTUK KONSTRUKSI GRID (KISI-KISI)

Transkripsi

1 ANALISIS SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK TELUK LEMBU DENGAN BENTUK KONSTRUKSI GRID (KISI-KISI) Abrar Tanjung Jurusan Teknik Elekro Fakulas Teknik Universias Lancang Kuning abraranjung_1970@yahoo.co.id ABSTRAK Sisem penanahan peralaan gardu induk menggunakan kisi (Grid) dan gabungan anara sisem penanahan Grid dan Rod. Keiga model sisem penanahan ini sisem Grid-Rod paling sering digunakan unuk Gardu Induk Tegangan Tinggi 150 kv. Unuk pembangunan gardu induk yang baru dibuuhkan disain yang baru pula. Disain dilakukan dengan membua kombinasi anara jumlah mesh dan rod-nya, kedalaman penanaman kondukor dengan memperimbangkan nilai dari ahanan jenis anah, pengaruh ahanan jenis anah unuk beberapa jenis anah yang berbeda dengan kedalaman yang sama sera dimensi area penanahan yang akan digunakan sehingga menghasilkan nilai ahanan penanahan (R), egangan senuh (Em) dan egangan langkah (Es) yang lebih baik dan lebih aman. Sisem penanahan pada Gardu Induk merupakan perlengkapan yang ama pening unuk menghindari bahaya-bahaya erhadap orang yang sedang berada didalam aau didaerah Gardu Induk ersebu. Ada beberapa meode dalam ugas akhir ini diuraikan, eapi akhirnya dapa dipilih sesuai dengan kebuuhan keeliian dalam perencanaannya. Perencanaan dan analisa unuk Gardu Induk ini dapa dihiung dengan biaya dan maerial, jadi dipilih meoda yang cukup prakis. Sisem penanahan unuk keamanan idak cukup hanya dengan persyaraan ahanan penanahan yang kecil saja, eapi harus dapa membaasi gradien egangan yang erjadi akiba arus kesalahan yang mengalir dalam anah. Keyword : penanahan, gardu induk 1. Pendahuluan Pengaman dari pengguna enaga lisrik ini ada bermacam-macam dan salah saunya adalah dengan penanahan peralaan, guna melindungi bahaya arus lisrik erhadap manusia, peralaan dan bangunan. Penanahan merupakan salah sau cara pengurangan pengaruh arus lisrik yang dapa erjadi oleh beberapa macam penyebab, seperi erdapanya arus bocor aau hubungan singka akiba kegagalan isolasi dan bencana alam sera akiba adanya surja peir. Pengeanahan peralaan merupakan benuk unuk membaasi egangan anara bagian ala-ala yang idak dilalui arus dan anara bagian ala-ala ini dengan anah sampai didapanya suau harga erenu, maksudnya ahanan yang aman bagi semua kondisi operasional baik berbenuk normal maupun idak normal. Demi ercipanya benuk ahanan yang aman seperi yang ersebu diaas maka diperlukan adanya penanahan peralaan aau insalasi iu sendiri. Sisem penanahan ini gunanya adalah unuk memperoleh poensial yang meraa (uniform) dalam semua bagian srukur dan peralaan, dan juga unuk menjaga agar operaor aau orang yang berada di daerah insalasi iu berada pada poensial yang sama dan idak berbahaya dalam seiap waku. Tujuan lain dari penanahan peralaan ini ialah unuk memperoleh impendansi yang kecil/rendah dari jalan balik arus hubungan singka ke anah. Kecelakaan pada personil imbul pada saa hubungan singka ke anah erjadi. Jadi bila ada arus hubungan singka ke anah iu dipaksakan mengalir melalui

2 impedansi anah yang inggi, ini akan menimbulkan perbedaan poensial yang besar dan berbahaya. Juga impedansi yang besar pada sambungan-sambungan rangkaian penanahan dapa menimbulkan busur lisrik dan pemanasan yang besarnya cukup unuk menyalakan maerial yang mudah erbakar. Penanahan peralaan berujuan unuk: a. Mengaasi erjadinya egangan keju lisrik yang berbahaya unuk orang didalam daerah iu. b. Unuk mecegah imbulnya arus gangguan baik besarnya maupun lamanya dalam keadaan gangguan anah anpa menimbulkan kebakaran aau ledakan pada bangunan aau isinya. c. Unuk memperbaiki kinerja dari sisem. 2. Bahaya Senuhan-Senuhan Lisrik Tubuh manusia merupakan penghanar, maka berlakunya hukum ohm keerangan besarnya arus yang lewa dalam ubuh manusia erganung dari besarnya egangan senuh dan impedansi ubuh aau dapa diulis sebagai beriku : E I =... amper (1) Z I = Arus keju (Amp) E = Tegangan senuh (Vol) Z = Impedensi Toal Tubuh (Ohm) 3. Pengaruh Besaran Lisrik Terhadap Tubuh Manusia Dari penyelidikan dikeahui bahwa ubuh manusia bersifa penghanar, yang mempunyai impendansi berkisar anara ohm, oleh sebab iu bila erjadi konak langsung salah sau bagian ubuh dengan bodi peralaan yang menjadi beregangan karena kegagalan isolasi, maka akan ada arus yang mengalir pada ubuh. Salah sau indakan pengaman unuk menghindari dari bahaya akiba senuhan adalah dengan mengupayakan ahanan peralaan serendahnya. 3.1 Arus Persepsi Pada Elecrical Tesing Laboraory New York ahun 1933 elah dilakukan pengujian erhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan dapa arus raa-raa yang disebu hreshold of percepion curren sebagai beriku : a. Unuk laki-laki : 1,1 ma b. Unuk perempuan : 0,7 ma 3.2 Arus Mempengaruhi Oo Tegangan yang menyebabkan ingka arus persepsi naik, maka orang akan merasa saki dan kalau erus dinaikkan oo-oo akan kaku sehingga orang ersebu idak berdaya lagi unuk melepaskan kondukor yang dipegangnya iu. Di Universiy Of California Medical School elah dilakukan penyelidikan erhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka raa-raa dari arus yang dipengaruhi oo sebagai beriku: a. Unuk laki-laki : 16 ma b. Unuk Perempuan : 10,5 ma 3.3 Arus Reaksi Arus reaksi adalah arus erkecil yang dapa mengakibakan orang menjadi erkeju, hal ini cukup berbahaya karena dapa mengakibakan kecelakaan sampingan. Karena erkeju orang dapa jauh dari angga, melempar peralaan yang sedang dipegang yang dapa mengenai bagian-bagian insalasi beregangan inggi sehingga erjadi kecelakaan yang lebih faal. 3.4 Arus Fibrilasi Apabila yang melewai ubuh manusia lebih besar dari arus yang berpengaruh oo dapa mengakibakan orang menjadi pingsan bahkan sampai mai. Hal ini disebabkan arus lisrik ersebu mempengaruhi janung yang disebu venricular Febrilaion yang menyebabkan janung berheni bekerja dan peredaran darah idak jalan sehingga segera akan mai. Percobaan Daziel menyaakan bahwa 99,5% dari semua orang yang beranya lebih kurang 50 kg masih dapa berahan erhadap

3 arus lisrik dan waku yang dienukan oleh Jadi : I 2 k. = 0,0135 unuk bera persamaan sebagai beriku : badan 50 kg 0,116 Dan : I k k = Ik. = k aau Ik = (2) I k = Besar arus lewa ubuh manusia (A) = Waku arus lewa ubuh manusia aau k = k lama gangguan anah (deik) k = 0,0133 unuk manusia dengan bera 50 Dari keerangan diaas maka lama kg senuhan, arus keju arus persepsi, arus k = 0,0246 unuk manusia dengan bera 70 mempengaruhi oo, arus reaksi, arus fibrilasi kg sera pengaruhnya erhadap ubuh manusia Maka : dapa diringkas dalam abel sebagai beriku : k 80 = 0,116 Amper. k 70 = 0,157 Amper. Tabel - 1 Baasan-baasan Arus dan Pengaruhnya Pada Manusia BESAR ARUS PENGARUH PADA TUBUH MANUSIA 0-0,9 ma Belum dirasakan pengaruhnya, idak menimbulkan reaksi apa-apa. 0,9 1,2 ma Baru erasa adanya arus lisrik, eapi idak menimbulkan akiba kejang, konraksi aau kehilangan konrol. 1,2 1,6 ma Mulai erasa seakan-akan ada yang merayap didalam angan. 1,6 6,0 ma Tegangan sampai kesiku, erasa sampai kesemuan 6,0 8,0 ma Tegangan mulai kaku, rasa kesemuan ma Rasa saki idak erahankan, penghanar masih dapa melepas dengan gaya yang besar sekali ma Oo idak sanggup lagi melepaskan penghanar ma Dapa mengakibakan kerusakan pada ubuh manusia ma Baas arus yang dapa,menyebabkan kemaian. 3.5 Tegangan Senuh Tegangan senuh adalah egangan yang erdapa dianara suau objek yang disenuh dan sau iik berjarak 1 meer, dengan asumsi bahwa objek yang disenuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengeanahan yang berada dibawahnya.besar arus gangguan dibaasi oleh ahanan konak keanah dari kaki orang ersebu. Unuk lebih jelasnya dapa diliha pada gambar 1. Gambar 1. Tegangan senuh dengan rangkaian pengganinya Dari rangkaian penggani dapa diliha hubungan sebagai beriku : E s = (R k + R F /2). I k (3) E s = Tegangan senuh (vol). R f = Tahanan konak ke anah dari sau kaki pada anah yang diberi lapisan koral 10 cm 9 = 3000 ohm) I k = Besarnya arus yang melalui badan (dalam amper). Tahanan badan orang elah diselidiki oleh beberapa ahli dan sebagai harga pendekaan diambil R k = 1000 ohm. Tahanan R f mendekai harga 3 ρ s keerangan ρ s adalah ahanan jenis anah disekiar permukaan. Arus I k = 0,116/

4 Dengan demikian egangan senuh menjadi : E s = ( ρ s /2) 0,116/ ρ s = Tahanan jenis anah disekiar permukaan anah (ohm-meer) = 3000 ohm-meer unuk permukaan anah yang dilapisi koral 10 cm. T = Waku keju (deik) aau lama gangguan anah. Tabel - 2 Tegangan Senuh yang Diizinkan dan Lama Gangguan Lama Gangguan (, deik) Tegangan Senuh yang Diizinkan (Vol) 0, , , , , , , , Tegangan Langkah ,696.ρ Tegangan langkah adalah egangan E 1 = s yang imbul dianara dua kaki orang yang sedang berdiri diaas anah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan keanah. Unuk lebih E 1 = Tegangan langkah (Vol) jelasnya dapa diliha pada gambar 2. Dalam R k = Tahanan badan (orang ohm) = 1000 hal ini dimisalkan jarak anara kedua kaki ohm. orang adalah 1 meer dan diameer kaki R f = Tahanan konak keanah dari sau kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan idak (dalam ohm) = 3 ρ s memakai sepau. = Waku keju (dalam deik) Dengan mengunakan rangkaian ρ s = Tahanan jenis anah disekiar penggani dapa dienukan egangan langkah permukaan anah (dalam ohm-meer) sebagai beriku : = 3000 ohm-meer unuk permukaan E 1 = ( R k + 2 R f ). I k (4) anah yang dilapisi koral 10 cm. = ( ρ s ) x 0,116/ Tabel - 3 Tegangan Langkah yang Diizinkan dan Lama Gangguan Lama Gangguan (, deik) Tegangan Langkah yang Diizinkan (Vol) 0,1 7,000 0,2 4,950 0,3 4,040 0,4 3,500 0,5 3,140 1,0 2,216 2,0 1,560 3,0 1,280

5 Gambar 2. Tegangan langkah deka peralaan yang dikeanahkan 4. Impedansi Tubuh Manusia Tubuh manusia erdiri dari unsurunsur air, garam, mineral dan lain-lain yang dalam keseluruhan merupakan impedansi ubuh yang mempunyai nilai anara 500 sampai ohm, keerangan nilai eringgi adalah kuli ari (za anduk) dan nilai errendah adalah daging dan bagian ubuh lainnya (misalnya janung dan lain-lain), disebabkan karena sifa selnya dan keadaannya yang selalu basah. Pada egangan dibawah 240 Vol, kuli arilah yang merupakan fakor uama dalam membaasi besarnya arus pada senuhan dengan penghanar beregangan. Adapun Pengaruh Keadaan Tubuh Terhadap Impedansi : a. Keadaan Oo Keadaan yang aleis berari banyak oo-oonya yang berari sel ubuhnya pada dan merupakan penghanar yang baik (impedensinya rendah). Pada umumnya oo pria lebih banyak dari pada wania dan berari impedensi ubuh pria lebih rendah dari wania. b. Kelembaban kuli karena keringa aau basah oleh air menyebabkan nilai impedansi sanga menurun. c. Bera badan yang besar aau orang gemuk mempunyai permukaan yang besar dan kepadaan sel yang inggi yang berari impedansi rendah. 5. Analisis Penanahan Gardu Induk Teluk Lembu PT. PLN (Persero) Sekor Pekanbaru Dengan Menggunakan Sisem Grid Luas darah disekiar swich yard 150 KV unuk perluasan Gardu Induk Teluk Lembu adalah 40 m x 70 m dengan leak peralaan seperi dalam gambar 3. Dengan memperhaikan luas dan siuasi leak peralaan pada Gardu Induk, maka dapa diperkirakan susunan penanahan grid yang akan dipasangkan. Arus hubungan singka keanah dikeahui unuk menenukan besarnya arus maksimum yang mungkin mengalir dalam anah akiba erjadinya hubungan singka keanah. Perencanaan sisem penanahan, maka harga arus hubungan singka keanah maksimum yang mungkin erjadi unuk daerah Gardu Induk Teluk Lembu 150 kv elah menghiung arus hubungan singka akan erjadi pada Bus Bar unuk iap Gardu Induk Teluk Lembu, Arus hubungan singka adalah 8280 Ampere.

6 Perencanaan sisem penanahan pada gardu induk didasarkan pada sandar IEEE 80, dengan ukuran/langkah-langkah sebagai beriku: a. Pemeriksaan ahanan jenis anah. b. Perencanaan pendahuluan aa leak (layou). c. Perhiungan arus fibrilasi. d. Menghiung jumlah baang penanahan yang diperlukan e. Menenukan Panjang Penghanar Penanahan f. Menghiung Besar Tahanan Sisem Penanahan g. Menghiung egangan senuh yang diizinkan. h. Menghiung egangan langkah yang di izinkan. a. Tahanan Jenis Tanah Tahanan jenis anah harganya berfariasi sesuai dengan komposisi anah. Unuk mendapakan harga ahanan jenis anah yang lebih elii perlu diadakan pengukuran seempa dan dalam masa priode musim yang berbeda-beda unuk mendapakan ahanan jenis anah didaerah Teluk Lembu. Dilakukan pengukuran lokasi Gardu Induk dengan meode wenner 2. Pengukuran ahanan jenis anah pada lokasi gardu induk diambil pada berapa lokasi pada areal, unuk menghiung ahanan jenis anah dapa dihiung dengan mengunakan persamaan beriku : ρ = 2. π. ar (5) ρ = Tahanan jenis raa-raa anah. a = Jarak anara baang elekroda yang deka R = Besar Tahanan yang erukur. Pengukuran dilokasi gardu induk ersebu diperoleh besar ahanan jenis anah raa-raa : ρ = 750 ohm b. Arus Fibrilasi Besarnya arus fibrilasi yang mengalir pada ubuh manusia keerangan arus lisrik dapa menyebabkan janung mulai fibrilasi dapa dihiung berdasarkan persamaan 6 : K 50 = 0,116 amper 0,116 I k = (6) I k = Arus fibrilasi (Amp) = Lama waku gangguan (deik) = 0,75 deik. Lama waku gangguan erganung dari berapa fakor, anara lain sailias, ipe swichyard dan ipe relay dan pemuusan daya yang digunakan. Sebegiu jauh belum ada sandard mengenai lama waku gangguan. Waku yang dianggap realisis berkisar anara 0,5 deik sampai 1,0 deik. Pengambilan waku 0,75 deik dianggap sudah memenuhi persyaraan dan cukup realisis. Bila harga-harga ersebu dimasukkan pada persamaan diaas maka : I k = 0,134 Amper c. Taa Leak (Layou) Kisi-kisi (grid) penanahan menggunakan kondukor embaga bula yang dianam pada seluruh baas gardu induk. Pengauran aa leak sisem penanahan pada suau gardu induk dapa diliha pada gambar beriku ini. Pada gambar ersebu diberikan panjang kondukor ermasuk baang penanahan = 1600 meer. 70 m 40 m 10 m 5 m 2,5 m Gambar 1. Taa Leak Sisem Penanahan 3 m

7 d. Jumlah Baang Penanahan Yang Diperlukan. Pada waku arus gangguan mengalir anara baang penanahan dan anah akan menjadi panas akiba arus I 2. Suhu anah harus eap dibawah 100 c, unuk menjaga jangan sampai erjadi penguapan air kandungan dalam anah dan kenaikan ahanan jenis. Seluruh panjang baang penanahan yang diperlukan dihiung dari pembagian arus gangguan keanah dengan kerapaan arus yang diizinkan, sedangkan jumlah baang penanahan yang di anahkan diperlukan dari pembagian panjang sau baang. Jadi bila besar arus gangguan keanah (1200) amper maka jumlah baang penanahan minimum dengan panjang (3,5 meer) : 1200 = 19 Baang 3,5x100x0,186 e. Menenukan Panjang Penghanar Penanahan. Dari daa-daa diaas yang elah didapakan maka panjang kondukor penanahan perluasan swichyard Gardu Induk Teluk Lembu dapa dienukan. Daa-daa yang elah didapa unuk perencanaan ini adalah sebagai beriku : 1. Luas daerah penanahan = 40 x 70 m 2. Tahanan jenis anah pada permukaan = Ohm-meer 3. Tahanan raa-raa = Ohm-meer 4. Arus kesalahan maksimum = 8280 Amp 5. Waku Pembukaan sisem proeksi = 0,4 deik 6. Ukuran penampang kondukor = 70 mm 2 dan 95 mm 2 Berdasarkan luas daerah penanahan dan siuasi leak peralaan yang kira-kira perlu dianahkan, maka kia dapa enukan ukuran dan benuk sisem penanahan grid yang akan kia pasangkan. Unuk mendapakan perhiungan yang sederhana dan sesuai dengan siuasi leak peralaan pada Gardu Induk ersebu, maka dapa di asumsikan dengan jumlah n = 9 (jumlah kondukor yang sejajar dengan ukuran grid yang dapa dienukan sesuai dengan leak peralaan Gardu Induk). Rumus yang dipakai K m. K i. ρi E m = (7) L E m = Tegangan Mesh. K I = Fakor koreksi unuk keidak meraaan kerapaan arus yang didapa dari hasil percobaan adalah sebagai beriku : K i = n N = Jumlah kondukor paralel dalam kisikisi uama L = Adalah oal panjang kondukor yang dianam, meer I = Besar arus gangguan keanah. Unuk menghiung egangan langkah : ρ E Langkah = s Tabel - 4 Perhiungan Panjang Toal Kondukor Minimum Kedalaman (m) A = 70 mm 2.L (m) A = 95 mm 2.L (m)

8 f. Menghiung Besar Tahanan Sisem penanahan. Unuk sisem penanahan Grid dengan memakai rumus pendekaan dari rumus Leuren R ρ ρ + r L = (8) ρ = Ohm-meer r = 30 Meer L = 930 Meer 39,55 39,55 R = R = Ohm g. Perhiungan Tegangan Senuh yang diizinkan Tegangan senuh yang mungkin erjadi akiba arus hubungan singka keanah dapa dihiung unuk sisem penanahan. K m = K I = I = 8280 A ρ = Maka didapa egangan senuh maksimum E m = 187 Vol keerangan egangan senuh yang diizinkan dapa dihiung menuru rumus. I k = A R k = Tahanan Badan Manusia = 1000 Ohm/meer. ρ s = Tahanan jenis permukaan anah yang dilapisi bau kerikil keerangan orang berdiri = 3000 Ohm-meer. Maka didapa egangan senuh yang diizinkan = 1006,45 Vol. h. Perhiungan Tegangan Langkah Maksimum Tegangan langkah adalah perbedaan agangan yang erjadi dianara kedua kaki manusia berjalan diaas sisem dihiung dengan rumus : K s. K i. ρ. I E i = L (9) K i = I = Arus hubungan singka keanah = 8280 A L = Panjang oal kondukor = 930 m ρ = Tahanan jenis raa-raa = Ohm-meer K s = Maka didapa egangan langkah maksimum E 1 =334 Vol, keerangan egangan langkah yang diizinkan adalah : I k = A R k = Tahanan badan manusia = 1000 Ohm ρ = Tahanan jenis Permukaan anah yang dilapisi bau kerikil keerangan orang berdiri = 3000 Ohm/meer. Maka didapa egangan langkah yang diizinkan = 3477 Vol. 6. Kesimpulan 1. Diameer hanaran pengaman yang disyarakan idak diliha dari sifa lisriknya saja eapi lebih diiik berakan pada kekuaan mekanisnya demi keamanan. 2. Fakor jarak kondukor yang membenuk grid sanga berpengaruh erhadap besarnya perbedaan egangan yang erjadi pada permukaan anah, maka unuk meraakan egangan ersebu jarak-jarak kondukor ini dapa diaur. Pada empaempa yang mempunyai perbedaan egangan yang lebih besar jarak kondukor dapa diperkecil anpa menambah jumlah panjang oal kondukor yang dipergunakan unuk membenuk ahanan grid ersebu. 3. Fakor keamanan lebih erjamin lagi jika permukaan anah didaerah gardu induk ersebu diimbuni dengan bau kerikil. Timbunan ini dimaksudkan unuk memperbesar ahanan Rf dan memperkecil ahanan senuh yang erjadi. 4. Dari hasil perhiungan ahanan penanahan unuk perencanaan penanahan grid perluasan swichyard 150 kv gardu induk Teluk Lembu adalah = ohm. Harga penanahan lebih kecil dari persyaraan

9 yang diinginkan yaiu : 0.5 ohm, eapi dalam perencanaan yang dijadikan persyaraan adalah baas egangan senuh yang erjadi akiba arus hubung singka. Jadi lebih erliha bahwa dengan ahanan yang kecil belum enu keamanan erjamin unuk arus hubung singka yang besar, sebaiknya unuk arus hubung singka yang kecil dapa erjamin walaupun ahanan penahanan cukup besar. 5. Unuk kondisi anah didaerah ropis ahanan jenis anahnya uniform dan cukup kecil. Sisem penanahan baang verikal masih dapa dipergunakan, eapi sisem penanahan grid eap lebih baik. 7. Dafar Pusaka [1]. Arono Arismunandar, DR.M.A.Sc, 1997, Teknik Tenaga Lisrik, Pradnya Paramia, Jakara [2]. IEEE, 1980, Transacions on Power Apparaur And Sysem, Vol 99 [3]. PT. PLN (Persero) Sekor Pekanbaru, Gardu Induk Teluk Lembu. [4]. Suryamo.F, 1990, Teknik Lisrik Insalasi Gaya, Tarsio, Bandung, [5]. TS. Huauruk.Ir.MSc, 1999, Pengeanahan Neral Sisem Tenaga, Erlangga, Jakara Biodaa : Abrar Tanjung, lahir di Pekanbaru 20 Nopember Lulus Sarjana Teknik Elekro pada Jurusan Teknik Elekro Universias Lancang Kuning Pekanbaru ahun 1998 dan Program Magiser Pascasarjana pada Fakulas Teknologi Indusri Jurusan Teknik Elekro Program Sudi Sisem Tenaga Lisrik Insiu Teknologi Surabaya (ITS) Surabaya ahun Dosen Teap pada Jurusan Teknik Elekro Fakulas Teknik Universias Lancang Kuning Pekanbaru.