13_jurnal teg langkah, teg sen UNM

SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
EVALUASI TEGANGAN LANGKAH DAN TEGANGAN SENTUH
PADA MENARA TRANSMISI KERETA LISTRIK
Budiyanto
Dosen Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Jakarta
Jurusan Teknik Elektro
Abstrak Tegangan langkah dan tegangan sentuh pada kereta listrik dapat terjadi pada substasiun,
stasiun parallel, stasiun penghubung, peron, jembatan dan pada menara transmisi.[1] Bahaya atau
tidaknya tegangan langkah dan tegangan sentuh ini, sangat bergantung pada banyak hal, antara
lain : kondisi tubuh, posisi manusia itu sendiri, besarnya arus yang mengalir menuju tanah, dan
lamanya arus mengalir. Oleh karenanya perlu diupayakan berbagai usaha untuk memperkecil
tingkat bahaya terhadap manusia dengan memperhitungkan kondisi yang paling buruk yang
mungkin dapat terjadi. Usaha-usaha ini umumnya dilakukan pada tahap perencanaan, misalnya
dengan desain sistem pembumian yang baik.Untuk mengetahui keamanan tegangan langkah dan
tegangan sentuh maka perlu adanya evaluasi perhitungan, pada tulisan ini menjelaskan
perbandingan analisa perhitungan tegangan langkah dan tegangan sentuh pada menara transmisi
dengan standart IEEE 80. dengan data – data yang ada dilapangan untuk wilayah Depok - Bojong
Gede
4. Metode Penelitian
Metode yang digunakan dalam penelitian
ini adalah:
a. Metode studi kepustakaan yaitu
melakukan pengumpulan referensi dan
literatur yang berkaitan
b. Studi lapangan yaitu melakukan
pengumpulan data dan informasi
ditempat penelitian
1. Pendahuluan.
Tegangan langkah dan tegangan sentuh dapat
terjadi karena adanya gradien tegangan permukaan
tanah dan gradien tegangan antara peralatan
dengan tanah. Gradien tegangan ini disebabkan
oleh arus yang mengalir dari peralatan menuju ke
tanah dan penyebaran arus itu sendiri di dalam
tanah. Oleh karena itu tahanan pentanahan dan
tahanan jenis tanah disekitar titik pentanahan akan
sangat mempengaruhi bentuk dan kecuraman
gradien tegangan permukaan tanah. Arus tanah
tersebut dapat berasal dari gangguan fasa ke
tanah, misalnya karena hubung singkat fasa ke
menara atau fasa ke badan peralatan listrik yang
diketanahkan, maupun dapat pula berasal dari arus
gangguan petir karena sambaran petir ke menara
dan peralatan listrik lainnya.[1]
Pada sistem kereta listrik tegangan langkah
dan tegangan sentuh dapat terjadi pada
substasiun, stasiun parallel, stasiun penghubung,
peron, jembatan dan pada menara transmisinya.[2]
Bahaya atau tidaknya tegangan langkah dan
tegangan sentuh ini, sangat bergantung pada
banyak hal, antara lain : kondisi tubuh dan posisi
manusia itu sendiri, besarnya arus yang mengalir
menuju tanah, lamanya arus mengalir dan lain-lain.
5. Tujuan Sistem Pembumian
Tujuan pembumian menara transmisi secara umum
adalah :
1. Untuk membatasi tegangan sentuh pada
kaki menara dan tegangan langkah di
sekitar kaki menara agar tidak melebihi
batas aman yang diijinkan.
2. Untuk memberi jalan bagi arus gangguan
tanah baik akibat hubung singkat maupun
akibat sambaran petir.
3. Untuk
memudahkan
rele-rele
arus
gangguan tanah bekerja dengan cepat.
Suatu sistem pembumian menara transmisi terdiri
dari :
1. Fondasi kaki menara, yaitu bagian dari kaki
menara (terbuat dari
metal)
yang
dibungkus beton dan ditanam dalam tanah
pada kedalaman tertentu.
2. Elektroda pembumian, dapat berupa
batang silinder yang ditanam vertikal (rod)
2. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk
mengetahui tegangan langkah dan tegangan
sentuh disekitar menara transmisi kereta listrik,
dibandingkan dengan tegangan langkah dan
tegangan sentuh yang diijinkan oleh standar
keselamatan IEEE 80 untuk menjamin keselamat
manusia, alat, dan lingkungan sekitar.
3. Pembatasan Masalah
Dalam penelitian ini masalah yang dibahas
pada penentuan besarnya tegangan langkah dan
tegangan sentuh pada menara transmisi kereta
listrik, sedangkan tegangan langkah dan tegangan
sentuh pada substasiun, stasiun parallel, stasiun
penghubung, peron dan jembatan tidak dibahas.
6. Tegangan Langkah
Tegangan langkah adalah perbedaan
tegangan permukaan tanah yang terjadi pada saat
mengalirnya arus tanah, antara dua kaki manusia
berjarak 1 m satu dengan yang lain (panjang
langkah = ± 1 m) tanpa orang tersebut menyentuh
benda apapun yang diketanahkan.[5]
A1-54
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
Gambar.1 Terjadinya tegangan langkah
Vstep=(RB+R2FS) IB………………………………..(1)
Dengan IB = 0,116/√ts
Dimana : RB
= Tahanan tubuh manusia (RB =
1000 Ω)
R2FS = Tahanan kaki (R2FS = 6ρ) o
IB
= Harga rms arus
7. Tegangan Sentuh
Tegangan sentuh adalah perbedaan
tegangan, yang terjadi pada saat mengalirnya arus
tanah, antara GPR ( ground potential rise ) dengan
sebuah titik dipermukaan tanah sejauh 1 m dari
elektroda pembumian peralatan atau kaki menara
(panjang tangan = ± 1 m).[5]
A1-55
8. Kriteria Tegangan Langkah dan Tegangan
Sentuh
Kriteria tegangan langkah dan tegangan
sentuh bergantung pada banyaknya energi akibat
arus kejut yang diserap oleh tubuh manusia. Oleh
karena itu dengan menganggap tanah merupakan
satu lapisan homogen, tegangan langkah tidak
boleh melebihi :[3]
Vstep = (RB + R2FS ) IB……………………………..(3)
Atau
(1000 + 6 ρ )0,116
…………………..(4)
ts
(1000 + 6 ρ )0,157
Vstep-70 =
………………...…(5)
ts
Vstep-50 =
Sedangkan tegangan sentuh, tidak boleh melebihi :
Vtouch = (RB + R2FP ) IB……………………..……..(6)
Atau
(1000 + 1,5 ρ )0,116
………………..(7)
ts
(1000 + 1,5 ρ )0,157
…………….…(8)
Vtouch-70 =
ts
Vtouch-50 =
Dimana :
ρ = tahanan jenis tanah (ohm-m)
ts = lamanya arus mengalir dalam tubuh (detik)
Adapun batas dari tegangan sentuh yang diijinkan
sesuai dengan grafik dibawah ini :
Gambar.2 Terjadinya tegangan sentuh
Vtouch=(RB+R2FP) IB………………………………………………..(2)
Dengan IB = 0,116/√ts
Dimana : RB
= Tahanan badan manusia (RB =
1000 Ω)
R2FP = Tahanan dua kaki dalam paralel
(R2FP = 1,5ρ)
IB
= Harga rms arus
Catatan : GPR (ground potential rise) adalah
tegangan maksimum yang dapat terjadi pada
peralatan yang diketanahkan relatif terhadap
potensial tanah di titik yang jauh.
Dibawah ini, diberikan harga-harga pendekatan dari
tahanan jenis beberapa tipe tanah yang didapat
dari “Transmision Line Grounding”, EPRI EL-2699,
Final Report, October 1982.
Tabel .1 Tahanan jenis rata-rata ditinjau dari tipe
tanah
No Tipe tanah
Tahanan jenis
1 Tanah basah
10
2 Tanah liat
100
3 Tanah kering
1000
4 Batuan dasar
10000
Gambar.3 Batas tegangan sentuh
Grafik batas tegangan sentuh terhadap peralatan
dan pagar pengaman terhadap tegangan tanah. [3]
Pada menara transmisi kereta listrik
elektroda pembumian yang digunakan adalah
tembaga batangan berdiameter 1 cm yang ditanam
dengan kedalaman 4 meter,
besarnya nilai
resistansi hasil pengukuran tiap tiang (lihat tabel).
Dengan menggunakan persamaan (9), maka nilai
tahanan jenis tanah disekitar menara dapat dicari
R=
ρ
 2L 
log e   …………………………...….(9)
2πL
 a 
Data lapangan :
Jenis elektroda : Batang,
Diameter: 0.01 m,
Kedalaman elektroda : 4 m
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
Tabel..2 Hasil perhitungan tahanan jenis tanah
No.
No. Tiang
LTiang
(M)
R
ρ
(ohm) (ohm-m)
Depok – Citayam
1
2
3
4
5
6
7
8
AF
02 12
AF
02 25
02 09
AF
AF
AF
4
4
4
4
4
4
4
4
17
10
10
14
12
8,2
8
4,8
64
38
38
53
45
31
30
18
9. Perhitungan Tegangan Langkah dan
Tegangan Sentuh
Dengan menggunakan nilai tahanan jenis tanah
yang berbeda hasil perhitungan pada tabel.1,
dengan tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ω
dan tahanan kontak sebuah kaki adalah 3ρtanah ,
maka besarnya tegangan langkah dan tegangan
sentuh berdasarkan persamaan (4) dan (7) dengan
waktu (ts) 1 detik dan berat badan ± 50 kg
Tabel.3 Hasil perhitungan tegangan langkah dan
tegangan sentuh
Lintasan Depok – Bojonggede
ts = 1 detik
V
V
No. No. Tiang
VLangkah diijinkan VSentuh diijinkan
ρ
(ohm-m) (volt) (volt) (volt) (volt)
Depok - Citayam
1
2
3
4
5
6
7
8
AF
02 12
AF
02 25
02 09
AF
AF
AF
64
38
38
53
45
31
30
18
161
143
143
153
147
138
137
129
185
185
185
185
185
185
185
185
127
123
123
125
124
121
121
119
133
133
133
133
133
133
133
133
KESIMPULAN
1. Besar tegangan langkah dan tegangan
sentuh disekitar menara trasmisi kereta
listrik Depok – Citayem pada delapan tiang
menunjukkan batas aman tegangan
langkah dan teganga sentuh .
2. Agar tegangan langkah dan tegangan
sentuh menunjukan harga aman maka
perlu dilakukan pengontrolan terhadap fisik
hantaran pentanahan,
nilai resistasi
tahanan pentanahan secara priodik.
3. Hasil perhitungan tahanan jenis tanah
menunjukan bahwa jenis tanah disekitar
menara tranmisi kereta listrik terdiri dari
A1-56
lapisan-lapisan tanah tidak homogen, hal
inilah yang mengakibatkan besarnya
tahanan jenis tanah bervariasi sesuai
dengan komposisi tanahnya.
DAFTAR PUSTAKA
[1].
Natarajan, R, Analysis Of Grounding
System for Electric Traction, IEEE
Transaction on Power Delivery, vol 16, july
2001.
[3].
IEEE Guide for safety in AC Substation
Grounding, ANSI/IEEE standard 80, 1986.
[4].
Niles, G.B, Background and Methodology
for Analyzing Step and Touch Potential
Near Transmission Structures, IEEE
Transaction on Power Delivery, vol.PWRD1, No.2,April 1986.
[5].
IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity,
Ground Impedance and Earth Potential of a
Ground System, IEEE Standard 81, 1983.
[6].
IEC, Report, Effect of Current Passing
Through the Human Body, Publication 4791, 1994.
SEMINAR NASIONAL ELECTRICAL, INFORMATICS, AND IT’S EDUCATIONS 2009
A1-57