TUGAS AKHIR PERHITUNGAN TAHANAN PEMBUMIAN GRID PADA DUA LAPIS TANAH Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam Menyelesaikan pendidikan sarjana ( S-1) pada Departemen Teknik Elektro Oleh : SUPENSON SIMATUPANG 060402093 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
PERHITUNGAN TAHANAN PEMBUMIAN GRID PADA DUA LAPIS TANAH Oleh : SUPENSON SIMATUPANG 060402093 Disetujui oleh: Pembimbing, IR. ZULKARNAEN PANE NIP : 1957 0720 1883 1001 Diketahui oleh : Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU, Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si NIP : 195405311986011002 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2011
ABSTRAK Sistem pembumian grid digunakan untuk mengalihkan arus gangguan ke tanah dan menjaga keselamatan manusia dan peralatan listrik dari arus gangguan. Sehingga tahanan sistem pembumian grid harus sekecil mungkin untuk dilalui arus gangguan. Sistem pembumian grid biasanya ditempatkan pada tanah berlapis vertikal atau tanah berlapis horizontal. Ketebalan dan tahanan jenis tanah (resistivitas) setiap lapisan tanah dapat diukur secara langsung. Untuk menghitung tahanan tanah pada dua lapis tanah atau berlapis banyak dengan hanya mengetahui ketebalan dan resistivitas setiap lapis sebenarnya sudah bisa dilakukan dengan metode mirror atau metode elemen hingga (finite element method). Tetapi perhitungan dengan metode mirror atau metode elemen hingga membutuhkan waktu yang lama dan perangkat lunak (software). Beberapa rumus sederhana untuk menghitung tahanan pembumian grid pada dua lapis tanah telah ditemukan, namun pengembangan selalu dilakukan oleh para ahli. Salah satu metode terbaru untuk menghitung tahanan pembumian grid pada dua lapis tanah diperkenalkan oleh Xiobin, Guangning, Weiming dan Ruinfang. Pada tugas ahir ini, penulis menggunakan metode baru yang dikembangkan oleh Xiaobin, Guangning,Weiming dan Ruinfang untuk menghitung tahanan tanah pembumian grid pada tanah berlapis horizontal.
Dengan metode ini dapat dihitung tahanan pembumian grid pada dua lapis tanah dengan mudah dan cepat.
KATA PENGANTAR Segala puji bagi Allah SWT yang telah memberikan rahmat dan karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas akhir ini. Shalawat dan salam semoga senantiasa tercurahkan kepada junjungan kita Nabi Muhammad SAW beserta keluarga dan para sahabatnya. Tugas akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa yaitu ibunda dan ayahanda, serta abang, kakak, adik, dan ponakan tercinta yang senantiasa memberikan do a,semangat dan dukungan selama ini. Penulisan tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas akhir ini adalah: PERHITUNGAN TAHANAN PEMBUMIAN GRID PADA DUA LAPIS TANAH Selama masa kuliah sampai penyelesaian tugas akhir ini, penulis banyak menerima bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Untuk itu dengan penuh ketulusan hati, penulis menghaturkan terima kasih kepada : a. Ayahanda S Simatupang, dan Ibunda R br Silitonga, yang tidak terhitung cinta dan kasih sayangnya, yang tidak pernah bosan-bosanya mengasuh, mendidik dan membimbing penulis semenjak kecil hingga sekarang ini. Abangda Marbangun Simatupang, Kakanda Fitri Huzaimah br Lubis, Abangda Preddi Simatupang, kakanda Irma br Cibro, Kakanda Tetti Simatupang, Kakanda Sartana Simatupang, Adinda Rusmini Simatupang, Adinda Hairul Saleh Simatupang, Adinda
Junedi simatupang, dan Adinda Erniwati simatupang serta keponakanku tercinta Mutiara Syifa Alfatia br Simatupang,Akila Alfi Husna br Simatupang yang selalu menjadi tempat berbagi, bercanda dan bermain dalam suka maupun duka. b. Bapak Ir. Zulkarnaen Pane, selaku dosen pembimbing penulis yang telah banyak meluangkan waktu dan memberikan ide-ide brilian dalam penyusunan Tugas Akhir ini. c. Bapak Ir. Zulfin MT, selaku Dosen Wali penulis, yang senantiasa memberikan bimbingannya selama perkuliahan. d. Teman-teman satu stambuk 2006, Martua, Iqbal, Taufik, randy, Faisal, Nasir, Fauzi, Fahmi, Alfi, Rahmuddin, Hendra, Sukesih, Helmy, Agung, Teguh, Rozi, Salman, Bale, Bonar, Liza, Ina, dan teman-teman yang belum disebut namanya, yang selama ini menjadi teman diskusi, belajar dan bekerja sama dalam kegiatan kampus. e. Keluarga Besar Laboratorium Pengukuran Listrik, Bapak Ir. Masykur Sj, selaku Kepala Laboratorium, mas Dian selaku pegawai Laboratorium, rekan-rekan asisten dan semua teman-teman stambuk 2006. f. Seluruh Stap Pengajar dan Pegawai Departemen Teknik Elektro, Kak Ani, Bang Ridho, Bang Ponijan, Bang Marthin, yang telah mendidik dan membantu penulis selama perkuliahan sampai dengan selesai. Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini belum sempurna, karena masih terdapat kekurangan baik dari segi isi maupun susunan bahasanya. Saran
dan kritik dari pembaca dengan tujuan menyempurnakan dan mengembangkan kajian dalam bidang ini sangat penulis harapkan. Akhir kata kesempurnaan hanya milik Allah Subhanahu wa Ta ala dan kesalahan semata-mata dari penulis. Semoga Tugas Akhir ini berguna dan memberikan ilmu pengetahuan bagi kita semua. Medan, Juli 2011 Penulis, Supenson Simatupang Nim : 060402093
DAFTAR ISI ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Masalah... 1 I.2 Tujuan dan Manfaat Penulisan... 2 I.3 Batasan Masalah... 2 I.4 Metodologi Penulisan... 3 I.5 Sistematika Penulisan... 3 BAB II TEORI UMUM PEMBUMIAN GRID PADA DUA LAPIS TANAH 2.1 Umum... 5 2.2 Faktor yang mempengaruhi Tahanan Pembumian Grid... 7 2.3.Tahanan Jenis Tanah... 8
2.4 Pengukuran Tahanan Jenis Dua Lapis Tanah... 10 2.4.1 Informasi Geologi dan Contoh Lapisan Tanah... 11 2.4.2 Metode Elektroda Tunggal... 12 2.4.2.1 Prosedur Pengukuran... 13 2.4.2.2 Penentuan Tahanan Jenis Tanah Lapisan Atas dan Ketebalan Tanah Lapisan atas... 14 2.4.2.3 penentuan Tahanan Jenis Tanah Lapisan Bawah... 15 2.4.2.4 Contoh Penggunaan Metoda Elektroda Tunggal... 16 2.4.3 Gabungan Metoda 4 Titik dengan Grafik Sunde... 19 2.4.4 Contoh Gabungan Metoda 4 titik dengan Grafik Sunde... 22 2.5 Tahanan Pembumian Grid Pada Dua Lapis Tanah... 24 2.5.1 Rumus IEEE std 80-1986... 25 2.5.2 Rumus M.M.A.Salama, M.M.Elsherbiny dan Y.L.Chow... 27 2.5.3 Rumus Tahanan Pembumian Grid Pada Dua Lapis Tanah Vertikal... 29 BAB III ANALISIS DAN PERHITUNGAN TAHANAN PEMBUMIAN GRID PADA DUA LAPIS TANAH HORIZONTAL 3.1 Umum... 39 3.2 Parameter dari Simulasi... 40 3.3 Simulasi Pembumian Grid Pada Dua Lapis Tanah... 41 3.3.1 Koefisien A dan B... 47
3.4 Rumus Tahanan Pembumian Grid Pada Dua Lapis Tanah Horizontal... 50 BAB IV APLIKASI PERHITUNGAN TAHANAN PEMBUMIAN GRID PADA GARDU INDUK 4.1 Umum... 52 4.2 Perhitungan Tahanan Pembumian Grid Pada Gardu Induk Binjai (Grid Persegi Panjang)... 52 4.3 Perhitungan Tahanan Pembumian Grid Pada Gardu Induk (Grid Persegi)... 55 4.4 Perhitungan Tahanan Pembumian Grid Pada Gardu Induk (Grid T) 56 BAB V KESIMPULAN 5.1 Kesimpulan... 59 DAFTAR PUSTAKA... 61 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Variasi Tahanan jenis tanah, (a) Kandungan aram ; (b) kelembaban tanah ; (c) Temperatur... 10 Gambar 2.2 Metode Wenner... 19 Gambar 2.3 Grafik Sunde... 20 Gambar 2.4 Grafik jarak probe vs tahanan jenis tanah hasil pengukuran... 23 Gambar 2.5 Grafik Sunde dengan sebuah kurva yang baru... 24 Gambar 2.3 Bentuk Grid dan Model Lapisan Tanah... 24 Gambar 2.6 Bentuk Grid dan Lapisan Tanah, (a) ρ 2 Dianggap Tak Hingga ; (b) ρ 1 Dianggap sebagai tahahanan ρ 1 dan ρ 2... 31 Gambar 2.7 Grafik X vs Y... 34 Gambar 2.8 Grafik A 1 /A 2 vs 1-c... 34 Gambar 3.1 Bentuk Grid... 40 Gambar 3.2 Betuk Lapisan Tanah... 40 Gambar 3.3 Grafik Z vs Y... 45 Gambar 3.4 Grafik Z vs Y... 46
Gambar 3.5 Grafik X vs B... 49 Gambar 3.6 Grafik Z vs B... 49 Gambar 4.1 Grid pembumian persegi panjang... 53 Gamnar 4.2 Grid pembumian persegi... 55 Gambar 4.3 Grid Pembumian bentuk T... 57
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Ragam tahanan pembumian gardu induk untuk berbagai instalasi... 7 Tabel 2.2 Tahanan jenis tanah... 9 Tabel 2.3 Hasil pengujian tahanan jenis tanah metoda elektroda tunggal pada dua lapis tanah... 18 Tabel 2.4 Hasil pengukuran tahanan tanah untuk tahanan jenis tanah dengan metoda empat titil... 22 Tabel 2.5 Nilai K 1 dan K 2... 26 Tabel 2.6 Nilai R dari hasil simulasi CDEGS... 32 Tabel 2.7 Hubungan antara X dan Y untuk nilai ρ 1 yang berbeda... 33 Tabel 3.1 Tahanan Pembumian Grid R Berdasarkan Hasil Simulasi untuk ρ 1,<ρ 2... 42 Tabel 3.2 Tahanan Pembumian Grid R Berdasarkan Hasil Simulasi untuk ρ 1,>ρ 2... 43 Tabel 3.3 Tahanan Pembumian Grid R 1... 44 Tabel 4.1 Hasil perhitungan berbagai rumus pada kasus I... 54 Tabel 4.2 Hasil perhitungan berbagai rumus pada kasus II... 55 Tabel 4.3 Hasil perhitungan berbagai rumus pada kasus III... 57