NASKAH PUBLIKASI EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK 150 KV JAJAR Diajukan oleh: HANGGA KARUNA D 400 100 002 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA 2014
LEMBAR PENGESAHAN Karya ilmiah dengan judul EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK 150 KV JAJAR ini diajukan oleh : Nama : Hangga Karuna NIM : D400 100 002 Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana Strata- Satu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Surakarta, telah diperiksa dan disetujui pada : Hari : Tanggal : Mengetahui Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II (Agus Supardi, ST, MT) (Hasyim Asy ari, ST, MT)
EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN GARDU INDUK 150 KV JAJAR Hangga Karuna Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta Jl. A. Yani tromol pos 1 pabelan kartasura surakarta anggakaruna@yahoo.com ABSTRAKSI Dasar sistem pentanahan adalah menghubungkan bagian konduktif dengan tanah. Pengoperasian sistem tenaga listrik, selalu diupayakan agar peralatan-peralatan bekerja pada kondisi normal. Pelaksanaan penelitian ini dikarenakan ingin mengetahui berapa nilai terjadinya gangguan tegangan pada Gardu Induk Jajar 150 KV dan perbandingan antara tegangan yang sebenarnya dengan tegangan yang diijinkan yang sangat berbahaya bagi manusia khususnya para pekerja di daerah sekitar Gardu induk jajar 150 KV. Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan bulan april pada tahun 2014. Beberapa peralatan yang digunakan antara lain seperti Earth Tester, Thermal Imager dan High Voltage Insulation Tester dan tidak lupa juga perizinan di Gardu Induk Jajar dari kantor Pusat Area Pelaksana dan Pemeliharaan Salatiga. Pengumpulan data dan analisis data dilakukan dengan cara memasukkan data, kemudian dihitung dengan rumus yang berdasarkan teori yang dibahas. Untuk perhitungan tahanan resistant pentanahan di Gardu Induk Jajar dapat diketahui dengan hasil 0,3 ohm, harga resistant pentanahan ini cukup standar tetapi resistant pentanahan 0,3 ohm ini belum tentu terjamin keamanannya untuk arus hubung singkat yang lebih besar. Penelitian ini juga dapat mengetahui beberapa perbandingan dan selisih dari tegangan yang diijinkan dengan tegangan yang sebenarnya pada Gardu Induk 150 KV Jajar dengan beberapa teori yang digunakan di dalam penelitian ini. Kata kunci : sistem pentanahan, gardu induk, tegangan diijinkan, tegangan sebenarnya 1. Pendahuluan Pengoperasian sistem tenaga listrik, selalu diupayakan agar peralatan-peralatan bekerja dalam kondisi normal. Pada kenyataanya sering terdapat suatu kondisi yang menggangu kerja peralatan-peralatan tersebut yang disebut sebagai kondisi abnormal atau gangguan. Terjadinya gangguan sangat merugikan bagi kelangsungan dan kelancaran sistem tenaga listrik. Bukan hanya peralatan tertentu yang terganggu namun juga menggangu kerja peralatan-peralatan lainnya dalam suatu sistem tenaga listrik. Gardu induk sebagai salah satu bagian sistem tenaga listrik yang mempunyai fungsi amat penting dalam penyaluran tenaga listrik dari pusat pembangkit menuju beban. Apabila dikaitkan dengan keandalan sistem pelayanan maka sistem tenaga listrik harus mampu memberikan keamanan yang baik bagi peralatan yang terpasang maupun bagi makhluk hidup yang berada di sekitar gardu induk tersebut. Sistem pentanahan tenaga listrik baik pentanahan titik netral maupun pentanahan perlengkapan mempunyai pengaruh dalam kelancaran dan keamanan sistem tersebut, terutama dalam keadaan gangguan yang berhubungan dengan tanah, dan diharapkan dengan satu metode cara pentanahan dapat mengurangi kerugian yang ditimbulkan oleh gangguan petir sehingga menjamin keandalan dan keamanan penyaluran tenaga listrik.
Pelaksanaan penelitian ini dikarenakan ingin mengetahui berapa nilai terjadinya gangguan tegangan pada Gardu Induk Jajar 150 KV yang sangat berbahaya bagi manusia khususnya para pekerja di daerah sekitar Gardu induk jajar 150 KV. Maka dari itu, analisa sistem tegangan akan dibahas dalam penelitian ini. Untuk memenuhi tuntutan di atas maka tugas akhir dengan judul Evaluasi Keamanan pada Sistem Pentanahan Gardu Induk 150 KV Jajar diharapkan dapat memberikan suatu nilai tambah bagi sistem pentanahan gardu induk 2. Metode Penelitian 2.1 Jadwal Penelitian Penelitian dengan judul Evaluasi Keamanan pada Sistem Pentanahan Gardu Induk 150 KV Jajar dapat diselesaikan dalam waktu 4 bulan yaitu mulai dari studi literatur, pembuatan proposal sampai analisa data dan pembuatan. 2.2 Tahap Studi Literatur Studi literatur adalah kajian penulis atas referensi-referensi yang ada baik berupa buku maupun karya-karya ilmiah yang berhubungan dengan penulisan penelitian ini. Dalam tahap ini,penulis mengkaji karyakarya ilmiah yang berhubungan dengan keamanan sistem pentanahan yang berada di gardu induk jajar. a. Menghitung resistans jenis tanah. b. Menghitung arus fibrilasi. c. Menghitung tegangan sentuh yang diijinkan. d. Menghitung tegangan sentuh yang sebenarnya. e. Menghitung tegangan langkah yang diijinkan. f. Menghitung tegangan langkah yang sebenarnya. g. Menghitung tegangan pindah. 2.5 Peralatan yang dipakai Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain : a. Earth Tester digunakan untuk mengukur atau mengetahui resistansi sistem pentanahan. b. Thermal Imager digunakan untuk mengetahui suhu maksimum konduktor. c. High Voltage Insulation Tester digunakan untuk mengukur tegangan pada PMT, PMS dan Trafo. 2.6 Flowchart Penelitian 2.3 Pengumpulan Data Data masukan dari sistem pentanahan gardu induk jajar adalah resistans pentanahan, lama waktu gangguan, jarak antara konduktor-konduktor paralel, kedalaman penanaman konduktor grid, diameter batang pentanahan, suhu maksimum konduktor, jumlah batang dan serta panjang rod. 2.4 Tahap Pengolahan Data Analisis pengolahan data akan dimasukkan ke dalam teori yang menghitung antara lain : Gambar 1. Flowchart penelitian
3. Hasil dan Pembahasan Sistem pentanahan di Gardu Induk Jajar menggunakan konduktor yang ditanam secara horisontal dengan bentuk mesh (jaring laba-laba). Konduktor pentanahan terbuat dari batang tembaga keras dan memiliki konduktivitas yang cukup tinggi dari kabel tembaga yang dipilih (Copper Rope Tinned). Konduktor ini ditanam sedalam kira-kira 400 cm dan batas atas rod kurang lebih 25 cm dari pondasi peralatan. Kisi-kisi pentanahan bersambung satu dengan yang lainnya dan dihubungkan dengan batang pentanahan yang terdiri dari batang tembaga. Batang tembaga ini berdiameter 550 mm dengan panjang batang itu sendiri, selanjutnya batang pentanahan ini disebut titik pentanahan. Hasil dari pengukuran resistans pentanahan adalah 0,3 ohm dari bulan februari sampai april. Penelitian ini menentukan beberapa analisis di antara lain : 3.1 Jenis Tanah Resistansi elektroda pentanahan tergantung pada kedalaman serta luas permukaan elektroda, serta resistansi jenis tanah. Gardu Induk Jajar jenis tanahnya berupa batu-batu kerikil basah dan kering (standar tanah di daerah switchyard gardu induk), oleh karena itu di dalam pembahasan resistant jenis tanah di Gardu Induk Jajar diambil menurut tabel 1 yang batu-batu keriki basah serta pasir dan batu kerikil kering yaitu : ρ = 1000+500 2 = 750 ohm-meter Gambar 2. Resistans pengukuran pentanahan
Tabel 1. Tahanan Jenis Tanah NO Jenis Tanah Tahanan Jenis Tanah (Ohm-Meter) 1 Tanah yang mengandung air garam 5-6 2 Rawa 30 3 Tanah Liat 100 4 Pasir Basah 200 5 Batu-Batu Kerikil Basah 500 6 Pasir dan Batu Kerikil Kering 1000 7 Batu 3000 3.2 Arus Fibrilasi Arus Fibrilasi adalah arus yang mengalir pada tubuh manusia, berpengaruh pada otot manusia yang menyebabkan jantung berdenyut. Besarnya arus yang mengalir pada tubuh manusia dimana arus listrik dapat menyebabkan jantung mulai fibrilasi, dapat dihitung berdasarkan : I K = 0,116, jika t = 0,5 detik t Maka I K = 0,164 ampere 3.3 Arus Gangguan Hubung Tanah Besar arus gangguan hubung tanah maksimum didasarkan pada nilai pemutusan (interrupting rating) dari peralatan pentanahan Gardu Induk dan misalkan tegangan sistem 70 KV maka besar arus gangguan tanah diambil 30% dari arus hubung singkat 3 fasa, karena tegangan sistem yang diambil sebesar 150 KV, maka besar arus gangguan hubung tanah diambil 80% dari arus hubung singkat 3 fasa. Dalam hasil ini diperoleh arus hubung singkat 3 fasa sebesar 1312,5 ampere dan hasil yang diperoleh dari besar arus gangguan hubung tanah adalah 80% x 1312,5 = 1050 ampere. 3.4 Tegangan Sentuh Tegangan Sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu subyek yang disentuh dari suatu titik dengan jarak 1 meter dengan asumsi bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pentanahan yang berada di bawahnya. Tegangan sentuh memiliki 2 jenis yaitu tegangan sentuh maksimum yang diijinkan dan tegangan sentuh maksimum yang sebenarnya.
Gambar 3. Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya 3.4.1 Tegangan Sentuh Maksimum yang Diijinkan Tegangan sentuh yang diijinkan dari teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai berikut : E S = I K (R K + 1,5 ρs) Dengan : ρs = Tahanan jenis permukaan tanah kerikil dimana orang berdiri untuk tahanan yang dilapisi batu koral (3000 ohm-meter) R K = Tahanan badan manusia (1000 ohm) I K = arus Fibrilasi Maka didapat tegangan sentuh yang diijinkan adalah E S = 0,164 (1000 + 1,5(3000)) = 902 volt. Berdasarkan tabel 2 dengan lama gangguan 0,5 detik tegangan yang diperoleh 890 volt, dalam penelitian ini tegangan sentuh maksimum yang diijinkan di gardu induk jajar lebih besar dengan 902 volt.
Tabel 2. Tegangan sentuh yang diijinkan dengan lama gangguan Lama gangguan (t) (detik) Tegangan sentuh yang diijinkan (volt) 0,1 1.980 0,2 1.400 0,3 1.140 0,4 990 0,5 890 1,0 626 2,0 443 3,0 362 3.4.2 Tegangan Sentuh Maksimum yang Sebenarnya Tegangan sentuh yang sebenarnya dari teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai berikut : K M = 1 D2 In + 1 In 3 5 7 2 n 2 +1 2π 16hd n 4 6 8 2 n 2 +2 Dengan ketentuan sebagai berikut : n = 22 K i = 0,65 + 0,172 n = 4,434 D = 4 meter h = 4 meter d = 550 mm = 0,55 m ρ = 750 ohm-meter I = 1050 (arus gangguan hubung tanah) L = 2232 meter (Panjang konduktor yang ditanam, termasuk batang pentanahan K M = 0,3927 Sehingga hasil yang diperoleh adalah : E m = K M.K i ρi /L E M = ( 0,3927 x 4,434) x ( = 614 volt. 750 x 1050 2232 Berdasarkan tabel 3 dengan lama gangguan 0,5 detik tegangan yang diperoleh 90 volt, dalam penelitian ini tegangan sentuh maksimum yang sebenarnya di gardu induk jajar lebih besar dengan 614 volt. )
Tabel 3. Tegangan yang sebenarnya dengan lama gangguan Lama gangguan (t) (detik) Tegangan yang sebenarnya (volt) 5,0 50 1,0 75 0,5 90 0,2 110 0,1 150 0,05 220 0,03 280 Gambar 4. Tegangan langkah dekat dengan peralatan yang diketanahkan
3.5 Tegangan Langkah Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul diantara 2 kaki orang yang sedang berdiri diatas tanah yang sedang dialiri arus gangguan. Tegangan langkah memiliki 2 jenis yaitu tegangan langkah yang diijinkan dan tegangan langkah yang sebenarnya. 3.5.1 Tegangan Langkah yang Diijinkan Tegangan langkah yang diijinkan dari teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai berikut : E l = (R K +2 R f )I K E l = (1000+6 ρs)0,116/ t Dengan : R K = Tahanan badan manusia (1000 Ω) R f = Tahanan kontak ke tanah dari satu kaki (3 ρs Ω) ρs = Tahanan jenis tanah di sekitar permukaan tanah (3000 Ohm-meter) t = Waktu kejut atau lama gangguan (detik) maka didapat tegangan langkah yang diijinkan adalah E l = 0,164 (1000+18000) = 3116 volt Berdasarkan tabel 4 dengan lama gangguan 0,5 detik tegangan yang diperoleh 3140 volt, dalam penelitian ini tegangan langkah yang diijinkan di gardu induk jajar lebih kecil dengan 3116 volt. Tabel 4. Tegangan langkah yang diijinkan dengan lama gangguan Lama Gangguan t (detik) Tegangan Langkah yang Diijinkan (volt) 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
3.5.2 Tegangan Langkah yang Sebenarnya Tegangan langkah yang sebenarnya dari teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai berikut : E lm = K s.k i.ρl/l h = Kedalaman penanaman konduktor pentanahan (meter) D = Jarak antara konduktor-konduktor paralel (meter) K S = 1 π 1 + 1 + 1 + 1 + + 1 2h D+h 2D 3D (n 1)D K S = 0,1232 Dengan : K S = Nilai Konstanta Tegangan Langkah yang Sebenarnya K i = 0,65 + 0,172 n I = Arus gangguan tanah maksimum (ampere) ρ = Tahanan jenis rata-rata tanah (Ohmmeter) L = Panjang konduktor yang ditanam, termasuk batang pentanahan (meter) Sehingga nilai Tegangan Langkah yang Sebenarnya adalah E lm = K S.K i ρi /L E lm = (0,1232 x 4,434) ( = 194 volt. 750 x 1050 2232 Berdasarkan tabel 5 dengan lama gangguan 0,5 detik tegangan yang diperoleh 90 volt, dalam penelitian ini tegangan langkah yang sebenarnya di gardu induk jajar lebih besar dengan 194 volt. ) Tabel 5. Tegangan yang sebenarnya dengan lama gangguan Lama gangguan (t) (detik) Tegangan yang sebenarnya (volt) 5,0 50 1,0 75 0,5 90 0,2 110 0,1 150 0,05 220 0,03 280
3.6 Tegangan Pindah Tegangan pindah adalah tegangan terjadi pada saat seseorang memegang peralatan yang ditanahkan pada titik yang jauh sedangkan peralatan tersebut dialiri arus gangguan. Gambar 5. Tegangan Pindah dengan rangkaian penggantinya Tegangan pindah dari teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai berikut : E pindah = I x R O R O = ρ 4r + ρ L Dengan : R O = Tahanan kontak ke tanah yang dialiri tegangan yang timbul selama gangguan (Ω). r = jari-jari ekuivalen dari luas switchyard gardu induk (meter) L = Panjang total dari konduktor kisi-kisi dan batang (meter) R O = ρ 4r + ρ L R O = 750 + 750 4 x 34,55 2232 = 5,77 Ώ E pindah = I x R O = 1050 x 5,77 = 6058,5 volt.
4. Kesimpulan Penelitian ini dapat dicari kesimpulan dengan beberapa analisis dan teori-teori yang digunakan, maka kesimpulan ini antara lain : a. Untuk meminimalisir tegangan kejut listrik yang berbahaya bagi manusia yang berada di dalam maupun di luar area switcyard Gardu Induk Jajar, perlu penambahan batu kerikil yang dicampur dengan pasir dan disamping itu pula perlunya kesiap-siagaan para pekerja yang berada di dalam area switcyard, yang selalu memastikan peralatan apa saja yang digunakan di saat pengoperasian itu berlangsung supaya tingkat keamanan bisa terjamin. b. Untuk mendapatkan tahanan kontak ke tanah (R F ) yang cukup besar maka perlu penambahan batang elektroda atau dengan menancapkan batang elektroda itu sedalam + 5 meter. c. Untuk mengetahui nilai tegangan yang sebenarnya dan tegangan yang diijinkan dari hasil perhitungan berdasarkan analisis serta perbandingan nilai tegangan yang sebenarnya dengan nilai tegangan yang diijinkan. DAFTAR PUSTAKA Abrar tanjung. 2010. Analisis Sistem Pentanahan Gardu Induk Teluk Lembu dengan Bentuk Kontruksi Grdi (kisi-kisi). Pekan Baru. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik. Universitas Lamcang Kuning. Anang Sunardi, Gamaliel Ketardi, Herman H Sinaga. 2008. Respons Impuls pada Elektroda Pentanahan Batang Tunggal Untuk Menentukan Nilai Impedansi Pentanahan. Lampung. Universitas Lampung. Ismail Muchsin, ST, MT. 2009. Tenaga Listrik Dan Elektronika. Universitas Mercu Buana. Nono, Moelyono. 1999. Pengantar Sistem Distribusi Tenaga Listrik. Surabaya. Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknologi Industri, ITS. Rini Nur Hasanah. 2009. Evaluasi Keandalan Sistem Tenaga Listrik Pada Jaringan Distribusi PrimerTipe Radial Gardu Induk Blimbing. Surabaya. Universitas Brawijaya. Sapari. 2008. Evaluasi Arrester Untuk Proteksi GI 150 KV Jajar dari Surja Petir Menggunakan Software PSCAD. Surakarta. Universitas Muhammadiyah Surakarta. TS Hutauruk, Ir, MSc. 1999. Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan. Jakarta. Erlangga.