TUGAS AKHIR STUDI TENTANG PENGARUH TERPUTUSNYA KAWAT NETRAL TERHADAP JARINGAN TEGANGAN RENDAH Oleh Edward Philip M.G NIM : 030422023 DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI FAKULATAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008
KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkatnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini, yang berjudul : STUDI TENTANG PENGARUH TERPUTUSNYA KAWAT NETRAL TERHADAP JARINGAN TEGANGAN RENDAH Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik (S-1) pada Departemen Teknik Elektro, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara Medan. Dengan selesainya Tugas Akhir ini, penulis mengucapkan terima kasih dengan tulus kepada : 1. Kedua Orang tua saya yang telah begitu banyak memberikan dukungan doa, moril dan materiil selama menjalani pendidikan dan penulisan Tugas Akhir ini sampai dengan selesai. 2. Bapak Ir. A. Rachman Hasibuan, sebagai dosen pembimbing yang begitu banyak memberikan motivasi serta masukan-masukannya dalam menjalani Tugas Akhir ini. 3. Bapak Ir. Nasrul Abdi, MT sebagai Ketua Departemen yang telah memberikan kesempatan bagi saya, sehingga Tugas Akhir ini selesai. 4. Seluruh Staff pengajar dan pegawai di Teknik Elektro, Fakultas Teknik Medan. 5. Kepada adikku, Dewita, Johanes dan Santi yang membantuku dalam pembuatan dan penyelesaian Tugas Akhir ini. 6. Seluruh teman-teman terutama kepada Gabriel Evans yang selalu membantu memotivasi dan memberikan semangat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini, sehingga dapat selesai. 7. Kepada teman-teman sekerjaku di PT. INALUM Paritohan terutama di seksi operasi yang selalu mendukung semangat saya untuk penyelesaian Tugas Akhir ini.
Akhir kata kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi setiap yang membacanya dan bahkan dapat mengembangkannya, penulis mohon maaf bila masih ada kekurangan-kekurangannya.. Medan, September 2008 Penulis Edward Philip M.G NIM 030 422 023
ABSTRAK Dalam sistem kelistrikan terutama pada sisi konsumen yang pada umumnya menggunakan tegangan 380 V dan 220 V sering terjadi gangguan baik dikarenakan faktor alam maupun manusia (human error) yang disebabkan oleh alam dapat saja berupa gangguan akibat tumbangnya pohon yang mengenai jaringan, dan yang disebabkan oleh manusia dapat berupa pencurian kabel pentanahan. Pada sistem tiga phasa yang menggunakan sistem empat kawat, maka pada kawat netral tersebut sering digunakan untuk mendapatkan tegangan 220 V, dan pada sisi skunder transformator ditanahkan yang bertujuan sebagai pengamanan, pengamanan gangguan akibat gangguan tanah dapat digunakan Ground Fault Relay dan juga akibat tegangan sentuh di sisi konsumen dapat digunakan Earth Leakage Circuit Breaker, namun apabila kawat netral yang ditanahkan dan kawat netral pada sisi konsumen terputus ataupun diputus akan sangat dapat membahayakan baik pada sisi peralatan dan pada manusia. Akibat yang terjadi apabila kawat netral yang ditanahkan dan kawat netral terputus adalah kenaikan tegangan sentuh pada peralatan dan juaga adanya perbedaan arus pada saat sebelum dan sesudah putus sehingga peralatan akan rusak, dan juga dapat terjadi perubahan tegangan yang terjadi, studi ini bertujuan untuk mengetahui sejauh mana pengaruh kawat netral terputus sehingga nantinya dapat diambil tindakan pencegahan.
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i ABSTRAK.. iii DAFTAR ISI.. iv DAFTAR GAMBAR. vi BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang. 1 1.2 Tujuan Penulisan. 2 1.3 Batasan Masalah.. 2 1.4 Metodologi Penulisan. 2 1.5 Sistematika Penulisan 2 BAB II Sistem Distribusi Tenaga Listrik 2.1 Sistem Tiga Phasa.. 4 2.1.1 Sistem Tiga Phasa Hubungan Bintang. 4 2.1.2 Sistem Tiga Phasa hubungan Delta.. 6
2.2 Sistem Distribusi Tegangan Pada Konsumen 8 2.2.1 Sistem Satu Phasa Dua Kawat. 8 2.2.2 Sistem Satu Phasa Tiga Kawat 9 2.2.3 Sistem Dua Phasa Tiga Kawat 9 2.2.4 Sistem Dua Phasa Empat Kawat. 10 2.2.5 Sistem Tiga Phasa Tiga Kawat.. 10 2.2.6 Sistem Tiga Phasa Empat Kawat... 11 2.3 Sistem Pentanahan Pada Sisi Konsumen... 11 2.3.1 Sistem TT 11 2.3.2 Sistem IT. 12 2.3.3 Sistem TN 12 2.3.3.1 Sistem TN-S 13 2.3.3.2 Sistem TN-C.. 13 2.3.3.3 Sitem TN-C-S 14 BAB III SISTEM PROTEKSI AKIBAT GANGGUAN TANAH 3.1 Ground Fault Relay (GFR)/ Rele Tanah... 15
3.1.1 Prinsip Kerja Ground Fault Relay 15 3.1.1.1 Filter Arus Urutan Nol.. 16 3.1.1.2 Rele Tanah Dihubungkan Pada Netral Yang Diketanahkan. 17 3.1.1.3 Proteksi Arus Gangguan Tanah Dengan Inti Kesetimbangan.. 18 3.2 Earth Leakage Circuit Breaker (ELCB). 20 3.2.1 Prinsip Kerja. 21 BAB IV PENGARUH TERPUTUSNYA KAWAT NETRAL PADA SISI KONSUMEN 4.1 Pengaruh Terputusnya Kawat Netral Terhadap GFR 22 4.1.1 Gangguan Dua Phasa 23 4.1.2 Gangguan Satu Phasa 26 4.2 Pengaruh Terputusnya Kawat Netral Terhadap ELCB.. 28 4.3 Pengaruh Terputusnya Kawat Netral Terhadap Penyaluran Tegangan Pada Saat Gangguan Satu Phasa ke Tanah 28 4.4 Pengaruh Terputusnya Kawat Netral Terhadap Tegangan Sentuh Dan Kualitas Tegangan. 35 4.4.1 Pengaruh Terputusnya Kawat Netral terhadap Sambaran Petir... 35 4.4.2 Pengaruh Terputusnya Kawat Netral Pada Titik C Terhadap
Kenaikan Tegangan. 37 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 44 5.2 Saran. 45 DAFTAR PUSTAKA DAFTAR GAMBAR 1. Gambar 2.1 a. Rangkaian Tiga Phasa Terhubung Bintang 4 b. Rangkaian Ekivalen Hubungan Bintang 4 c. Diagram Vektor Tiga Phasa Terhubung Bintang 5 2. Gambar 2.2 Diagram Phasor Pada Beban Terhubung Bintang..6 3. Gambar 2.3 a. Rangkaian Tiga Phasa Terhubung Delta.. 6 b. Rangkaian Ekivalen Hubungan Delta... 6 4. Gambar 2.4 Diagram Phasor Arus Pada Hubungan Delta. 7 5. Gambar 2.5 Rangkaan Dua Phasa Dua Kawat. 8 5. Gambar 2.6 Rangkaian Satu Phasa Tiga Kawat.. 9 Hal
6. Gambar 2.7 Rangkaian Dua Phasa Tiga Kawat 9 7. Gambar 2.8 Rangkaan Dua Phasa Empat Kawat. 10 8. Gambar 2.9 Rangkaian Tiga Phasa Tiga Kawat... 10 9. Gambar 2.10 Rangkaian Tiga Phasa Empat Kawat 11 10. Gambar 2.11 Rangkaian Sistem TT... 12 11. Gambar 2.12 Rangkaan Sistem IT. 12 12. Gambar 2.13 Rangkaian Sistem TN.. 12 13. Gambar 2.14 Rangkaian Sistem TN-C.. 13 14. Gambar 2.15 Rangkaian Sistem TN-C-S.. 13 15. Gambar 3.1 Hubungan Trafo Arus Untuk Membentuk Arus Urutan Nol.. 15 16. Gambar 3.2 Proteksi Gangguan Tanah oleh Rele Gangguan Tanah Dihubungkan Pada Rangkaian Netral ke Tanah. 17 17. Gambar 3.3 Proteksi gangguan Tanah Dengan Core Balance. 18 18. Gambar 3.4 Skema Gangguan Hubung Singkat.. 19 19. Gambar 3.5 Suatu Bentuk Skema Proteksi Seperti Gambar 3.4 Dengan Diperlengkapi Dengan
Sebuah Rele Urutan Nol.. 20 20. Gambar 3.6 Rangkaian Earth Leakage Circuit Breaker 21 21. Gambar 4.1 Gangguan Dua Phasa ke Tanah 23 22. Gambar 4.2 Rangkaian Ekivalen Gangguan Dua Phasa. 24 23. Gambar 4.3 Kawat Netral Terputus. 25 24. Gambar 4.4 Rangkaian Terbuka Satu Phasa 26 25. Gambar 4.5 Rangkaian Tertutup Satu Phasa 26 26. Gambar 4.6 Gangguan Satu Phasa ke Tanah Netral Ditanahkan... 26 27. Gambar 4.7 Rangkaian Gangguan Satu Phasa. 27 28. Gambar 4.8 Sistem Yang Ditanahkan Tanpa Impedansi. 29 29. Gambar 4.9 Tegangan Kawat Tanah.. 30 30. Gambar 4.10 Sistem Ketika Netral Pentanahan Terputus (Sistem Delta) 32 31. Gambar 4.11 Segitiga Tegangan Dengan Titik Netral dan Tanah. 33 32. Gambar 4.12 a. Sistem Delta Dalam Keadaan Gangguan Tanah.. 34 b. Segtiga Tegangan dan Arus Hubung Singkat.. 34
33. Gambar 4.13 Rangkaian Pada Saat Terjadi Sambaran Petir. 35 34. Gambar 4.14 Rangkaian Ekivalen Arus Gangguan Sambaran Petir. 36 35. Gambar 4.15 Transformator Distribusi. 37 36. Tabel 4.1 Perbandingan Antara Tegangan Pada Saat Terjadi Gangguan Dengan Perubahan Beban... 38 37. Gambar 4.16 Hubung Tanah Pada Peralatan Dalam Suatu Sistem Yang Netralnya Diketanahkan. 39 38. Gambar 4.17 Sistem Tiga Phasa Empat Kawat Sistem CBA Terhubung Dengan Beban Tidak Setimbang.. 40 39. Gambar 4.18 Sistem Tiga Phasa Ketika Netral Putus.. 41 40. Gambar 4.19 Rangkaian Ekivalen Tanpa Netral.. 41 41. Gambar 4.20 Rangkaian Ekivalen Ketika Kawat Netral Pentanahan Terputus Pada Transformator Satu Phasa... 42