TUGAS AKHIR STUDI PENEMPATAN TITIK PENTANAHAN KAWAT TANAH PADA PENYULANG SERANGAN I WAYAN AGUS TEJA BASKARA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
TUGAS AKHIR STUDI PENEMPATAN TITIK PENTANAHAN KAWAT TANAH PADA PENYULANG SERANGAN I WAYAN AGUS TEJA BASKARA 1004405069 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015
STUDI PENEMPATAN TITIK PENTANAHAN KAWAT TANAH PADA PENYULANG SERANGAN Tugas Akhir Ini Diajukan Sebagai Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana S1 (Strata1) Pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana I WAYAN AGUS TEJA BASKARA 1004405069 JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA BUKIT JIMBARAN 2015 ii
LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS Tugas Akhir / Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun dirujuk telah saya nyatakan dengan benar. Nama : I Wayan Agus Teja Baskara NIM : 1004405069 Tanda Tangan : Tanggal : 20 November 2015 iii
iv
UCAPAN TERIMAKASIH Puji syukur penulis panjatkan ke hadapan Tuhan Yang Maha Esa atas karunia-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Tugas Akhir ini berjudul STUDI PENEMPATAN TITIK PENTANAHAN KAWAT TANAH PADA PENYULANG SERANGAN. Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menyelesaikan pendidikan sarjana strata satu (S1) pada Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak memperoleh petunjuk dan bimbingan dari berbagai pihak. Sehingga pada kesempatan ini perkenankan saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak Prof. Ir. Ngakan Putu Gede Suardana, MT.,Ph.D. selaku Dekan Fakultas Teknik Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. I Nyoman Setiawan, MT. selaku ketua jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Udayana. 3. Bapak Ir. I Gede Dyana Arjana, MT. selaku dosen pembimbing I yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan. 4. Bapak Ir. I Wayan Rinas, MT. selaku dosen pembimbing II yang telah banyak memberikan arahan, waktu, semangat serta saran-saran selama penyusunan laporan. 5. Bapak I Gusti Agung Putu Raka Agung, ST.,MT selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan bimbingan selama menempuh perkuliahan. 6. Bapak Melki Adi Kurniawan selaku staff operasional di Stasiun Geofisika Sanglah yang banyak memberikan masukan tentang jumlah hari guruh yang terjadi di wilayah Denpasar. 7. Bapak, Ibu dan keluarga terima kasih atas do a, dukungan, serta saran-saran yang selalu diberikan. 8. Teman teman seangkatan elektro 10 yang selalu memberikan dukungan dan semangat disaat mengalami keputusasaan. v
9. Serta semua pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu-persatu atas bantuan dan saran yang diberikan sehingga laporan ini bisa selesai tepat pada waktunya. Penulis menyadari bahwa laporan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu segala kritik dan saran yang bersifat membangun sangat diharapkan demi kesempurnaan Tugas Akhir ini. Akhir kata, penulis mohon maaf kepada semua pihak jika dalam pembuatan Usulan Tugas Akhir ini melakukan kesalahan baik disengaja maupun tidak disengaja. Semoga Tuhan Yang Maha Esa selalu melimpahkan rahmat-nya kepada semua pihak yang telah membantu pelaksanaan dan penyelesaian laporan proposal ini. Bukit Jimbaran, November 2015 Penulis vi
ABSTRAK Kawat tanah merupakan salah satu alat proteksi yang digunakan pada sistem distribusi tengangan menengah untuk mengurangi gangguan akibat sambaran petir. Menurut Hutauruk karena panjang gawang sistem distribusi tegangan menengah berkisar antara 40 sampai 80 meter maka kawat tanah ditanahkan 3 sampai 4 gawang. Salah satu penggunaan kawat tanah pada sistem distribusi tegangan menengah yaitu pada penyulang Serangan dimana kawat tanah ditanahkan 4 sampai 5 gawang. Untuk mengetahui berapa jarak efektif untuk penempatan titik pentanahan kawat tanah pada penyulang Serangan maka digunakan parameter yaitu efektifitas kawat tanah dan jumlah kemungkinan gangguan akibat sambaran petir langsung dan sambaran petir tidak langsung yang terjadi pada penyulang Serangan. Metode yang digunakan pada penelitian ini yaitu metode observasi dengan mengumpulkan data yang berkaitan dengan pembahasan dan selanjutnya akan dilakukan perhitungan menggunakan teori gelombang berjalan untuk parameter dari tiap skenario yang telah ditentukan selain itu digunakan metode skoring dan pembobotan untuk penentuan skenario yang efektif untuk jarak penempatan titik pentanahan kawat tanah pada penyulang Serangan. Dari hasil analisa menggunakan metode skoring dan pembobotan diperoleh skor paling besar yaitu pada skenario 4 dan skenario 5 dengan skor sama yaitu 80, sehingga untuk jarak efektif penempatan titik pentanahan kawat tanah pada penyulang Serangan dipilih pada skenario 4 dengan jarak 3 4 gawang. Pemilihan skenario 4 sebagai jarak efektif karena dilihat dari aspek ekonomis, semakin panjang jarak titik kawat tanah ditanahkan maka biaya yang diperlukan untuk penggunaan bahan maupun pemasangan kawat tanah akan lebih murah sehingga antara skenario 4 dengan jarak 3 4 gawang dan skenario 5 dengan jarak 2 3 gawang dipilih skenario 4 karena lebih efektif dari aspek ekonomis. Penerapan skenario 4 pada penyulang Serangan yaitu dengan cara tidak melebihi jarak maksimum yang telah ditentukan untuk skenario 4 pada analisa yaitu 200 meter sehingga bila ditanahkan 4 gawang jaraknya melebihi 200 meter maka ditanahkan 3 gawang tetapi bila ditanahkan 4 gawang tidak melebihi 200 meter maka akan ditanahkan 4 gawang. Kata Kunci : kawat tanah, sambaran petir, gelombang berjalan vii
ABSTRACT Ground wire is one of protection instrument used in medium voltage distribution system to reduce disturbance due to lightning strike. According Hutauruk because of the length of the wicket medium voltage distribution systems ranging between 40 until 80 meters then ground wire earthed 3 until 4 wicket. One use of the ground wire in medium voltage distribution system that is in feeder Serangan where the ground wire is earthed 4 until 5 wicket. For knowing how effective distance for the placement point earthed ground wire on the feeder Serangan then used parameters is the effectiveness of the ground wire and the sum of possibility disturbance due to direct lightning strike and indirect lightning strike that occur on feeder Serangan. The method used in this research i.e observation method with collect data related to the discussion and will be calculated using wave walk theory to the parameters of each scenario that has been determined besides to the used scoring and weighting method for the determination scenario are effective for distance placement to earthed ground wire on the feeder Serangan. From the analysis using scoring and weighting method obtained scores most large i.e in scenario 4 and scenario 5 with the same score i.e 80, so that to effective distance the placement point earth ground wire on feeder Serangan selected in scenario 4 with a distance 3-4 wicket. Selection of scenario 4 as an effective range as seen from the economic aspect, the longer distance of the point of ground wire grounded then cost necessary for the use of materials and installation of ground wire will be cheaper so that between scenario 4 with a distance 3-4 wicket and scenario 5 with a distance 2-3 wicket chosen scenario 4 because more effective from economic aspects. Application scenario 4 on the feeder Serangan i.e not exceeding maximum distance that has been determined for scenario 4 on the analysis i.e 200 meters so that when earthed 4 wicket distance exceeding 200 meters then grounded 3 wicket but when earthed 4 wicket does not exceed 200 meters it will be earthed 4 wicket. Keywords: ground wire, lightning strike, wave walk viii
DAFTAR ISI Halaman SAMPUL DALAM... i PRASYARAT GELAR... ii LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS... iii LEMBAR PENGESAHAN... iv UCAPAN TERIMAKASIH... v ABSTRAK... vii ABSTRACT... viii DAFTAR ISI... ix DAFTAR TABEL... xii DAFTAR GAMBAR... xiii DAFTAR SINGKATAN... xv BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 3 1.3 Tujuan Penelitian... 3 1.4 Manfaat Penelitian... 3 1.5 Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... 4 1.6 Sistematika Penulisan... 4 BAB II KAJIAN PUSTAKA... 6 2.1 Tinjauan Mutakhir (State of The Art Review)... 6 2.2 Tinjauan Pustaka... 7 2.2.1 Gelombang Berjalan... 7 2.2.2 Pantulan Pada Gelombang Berjalan... 8 2.2.2.1 Kawat ditutup dengan tahanan... 12 2.2.3 Pantulan Berulang dan Diagram Tangga... 13 2.2.3.1 Diagram Tangga... 13 2.2.4 Teori Kawat Tanah... 15 2.2.4.1 Sambaran langsung pada menara... 16 ix
2.2.4.2 Pengaruh tahanan kaki menara dan bentuk gelombang. 19 2.2.4.3 Sambaran pada tengah gawang (Midspan)... 20 2.2.5 Konstruksi Kawat Tanah pada Saluran Udara Tegangan Menengah... 20 2.2.6 Gangguan Kilat pada Saluran Udara Tegangan Menengah... 24 2.2.7 Perhitungan Gangguan Kilat Akibat Sambaran Langsung Pada Saluran dengan Kawat Tanah... 25 2.2.8 Perhitungan Gangguan Kilat Akibat Sambaran Induksi pada Saluran dengan Kawat Tanah... 29 2.2.9 Pentanahan (Grounding)... 31 2.2.8.1 Tahanan jenis tanah... 32 2.2.8.2 Elektrode pentanahan... 33 BAB III METODE PENELITIAN... 36 3.1 Lokasi dan Waktu Penelitian... 36 3.2 Sumber dan Jenis Data Penelitian... 36 3.2.1 Sumber Data Penelitian... 36 3.2.2 Jenis Data Penelitian... 36 3.2.3 Teknik Pengumpulan Data... 36 3.3 Analisis Data... 37 3.4 Alur Analisis... 39 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... 40 4.1 Geografis Pulau Serangan... 40 4.2 Sistem Proteksi Kawat Tanah Pada Penyulang Serangan... 41 4.3 Analisa Efektifitas Kawat Tanah dan Jumlah Kemungkinan Gangguan Akibat Sambaran Petir Tidak Langsung maupun Sambaran petir Langsung Pada Penyulang Serangan Untuk Masing Masing skenario... 43 4.3.1 Skenario 1 (6 7 gawang)... 44 4.3.1.1 Analisa efektifitas kawat tanah pada penyulang Serangan 44 x
4.3.1.2 Analisa jumlah kemungkinan gangguan akibat Sambaran petir tidak langsung dan sambaran petir langsung pada penyulang Serangan... 64 4.4 Penentuan Skor dan Pembobotan Untuk Parameter Penempatan Titik Pentanahan Kawat Tanah Pada Penyulang Serangan... 71 4.4.1 Pembobotan Untuk Parameter Penempatan Titik Pentanahan Kawat Tanah Pada Penyulang Serangan... 71 4.4.2 Penentuan Skor Untuk Parameter Titik Pentanahan Kawat Tanah Pada Penyulang Serangan... 72 4.5 Penilaian Hasil Perhitungan Pada Masing Masing Skenario penempatan Titik Pentanahan Kawat Tanah Pada Penyulang Serangan... 73 4.5.1 Skenario 1 (6 7 gawang)... 73 4.5.2 Skenario 2 (5 6 gawang)... 74 4.5.3 Skenario 3 (4 5 gawang)... 75 4.5.4 Skenario 4 (3 4 gawang)... 75 4.5.5 Skenario 5 (2 3 gawang)... 76 4.6 Penentuan Jarak Efektif Penempatan Titik Pentanahan Kawat Tanah Pada Penyulang Serangan... 77 4.7 Penerapan Skenario 4 dengan Jarak 3 4 Gawang Pada Penyulang Serangan... 78 BAB V SIMPULAN DAN SARAN... 79 5.1 Simpulan... 79 5.2 Saran... 79 DAFTAR PUSTAKA... 80 LAMPIRAN BIODATA MAHASISWA xi
DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Tahanan jenis tanah... 33 Tabel 4.1 Jarak untuk masing masing skenario penempatan titik pentanahan kawat tanah pada penyulang Serangan... 43 Tabel 4.2 Besar tegangan yang merambat pada kawat tanah setiap kelipatan waktu untuk mencapai tianag 1,8 dan 15 pada skenario 1 (6 7 gawang)... 49 Tabel 4.3 Hasil analisa efektifitas kawat tanah, jumlah kemungkinan gangguan akibat sambaran petir langsung dan sambaran petir tidak langsung untuk semua skenario... 70 Tabel 4.4 Pembobotan parameter penempatan titik pentanahan kawat tanah pada penyulang Serangan... 72 Tabel 4.5 Skor parameter efektifitas kawat tanah pada penyulang Serangan 72 Tabel 4.6 Skor parameter jumlah gangguan akibat sambaran petir langsung pada penyulang Serangan... 72 Tabel 4.7 Skor parameter jumlah gangguan akibat sambaran petir tidak langsung pada penyulang Serangan... 73 Tabel 4.8 Hasil penilaian untuk skenario 1 dengan jarak 6 7 gawang... 74 Tabel 4.9 Hasil penilaian untuk skenario 2 dengan jarak 5 6 gawang... 74 Tabel 4.10 Hasil penilaian untuk skenario 3 dengan jarak 4 5 gawang... 75 Tabel 4.11 Hasil penilaian untuk skenario 4 dengan jarak 3 4 gawang... 76 Tabel 4.12 Hasil penilaian untuk skenario 5 dengan jarak 2 3 gawang... 76 Tabel 4.13 Perbandingan skor untuk masing masing skenario... 77 xii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bentuk dan Spesifikasi Gelombang Berjalan... 7 Gambar 2.2 Perubahan Impedansi pada Titik Peralihan... 9 Gambar 2.3 Gelombang Berjalan pada Titik Peralihan... 9 Gambar 2.4 Kawat ditutup dengan Tahanan... 12 Gambar 2.5 Diagram Tangga... 14 Gambar 2.6 Gelombang Berjalan pada Kawat Tanah disebabkan oleh Kilat.. 16 Gambar 2.7 Suatu Kawat diketanahkan dengan Tahanan R... 17 Gambar 2.8 Gelombang Pantulan dan Terusan pada Kawat Tanah... 18 Gambar 2.9 Rangkaian Ekivalen dari Gambar 2.7 untuk Gelombang Pantulan dari Kanan... 18 Gambar 2.10 Rangkaian Ekivalen Gelombang Berjalan pada Gambar 2.6... 19 Gambar 2.11 Konstruksi Dudukan Kawat Tanah Tipe Simetris Model Segitiga... 21 Gambar 2.12 Bentuk Konstruksi Kawat Tanah Tipe Simetris dan Tarik Setelah Perubahan... 23 Gambar 2.13 Bentuk Dudukan Kawat Tanah untuk Tipe Konstruksi New Jack... 23 Gambar 2.14 Konstruksi Tiang Beton untuk SUTM... 27 Gambar 2.15 Saluran Udara Tegangan Menengah... 30 Gambar 2.16 Elektrode Batang dan Lapisan Lapisan Tanah di Sekeliling Elektroda... 33 Gambar 2.17 Pentanahan dengan Dua Batang Konduktor... 34 Gambar 2.18 Pemasangan Elektroda Pelat dipasang Vertikal... 34 Gambar 2.19 Jenis Jenis Elektrode Pita dan Cara Pemasangannya... 35 Gambar 3.1 Alur Analisis Penempatan Titik Pentanahan Kawat Tanah pada Penyulang Serangan... 39 Gambar 4.1 Geografis pulau Serangan... 40 xiii
Gambar 4.2 Konstruksi pemasangan kawat tanah pada penyulang Serangan menggunakan konstruksi new jack... 41 Gambar 4.3 Konstruksi pemasangan kawat tanah pada penyulang Serangan menggunakan konstruksi tipe simetris... 42 Gambar 4.4 Tegangan pantulan dan tegangan terusan yang merambat pada kawat tanah... 46 Gambar 4.5 Pemodelan tegangan terusan dan tegangan pantulan yang merambat pada kawat tanah menggunakan diagram tangga untuk skenario 1 (6 7 gawang)... 63 xiv
DAFTAR SINGKATAN AAAC PLN PDKB SUTM IKL = All-Alumunium-Alloy Conductor = Perusahaan Listrik Negara = Pekerjaan Dalam Keadaan Bertegangan = Saluran Udara Tegangan Menengah = Isokeraunic Level xv
6