INSTALASI PENGAMAN TENAGA LISTRIK Pengantar Pengamanan Ketenaga listrikan meliputi menghindari aliran arus listrik pada media yang tidak diinginkan yang sering disebut gangguan. Aliran listrik dapat dicegah mengalir dengan cara : 1. Menghilangkan loop 2. Menghilangkan beda potensial antara dua titik 3. Menghilangkan Media penghantar satu dari tiga faktor tersebut dapat ditangani dengan serius dan pasti maka bahaya arus listrik tidak akan terjadi. Pengaman Ketenagaan Listrikan pada kuliah ini meliputi : Peralatan Rumah Tangga Sistem Jaringan Instalasi Listrik Sistim Pengaman Petir pada jaringan listrik Untuk Pengenalan Peralatan Rumah tangga akan didalami dengan diskusi tugas laporan kecil untuk satu peralatan/Kelompok. Sistem Tenaga Listrik Sistem tenaga listrik yang terdiri dari komponen peralatan atau mesin listrik seperti generator, transformator, beban dan alat-alat pengaman dan pengaturan yang saling dihubungkan membentuk suatu sistem yang digunakan untuk membangkitkan, menyalurkan, dan menggunakan energi listrik. Tiga komponen utama dari sistem tenaga listrik adalah: a. Sistem Pembangkitan Tenaga Listrik atau sumber b. Sistem Transmisi Tenaga Listrik dan Sistem Distribusi Tenaga Listrik, dan c. Sistem Beban Penyaluran energi listrik dari pusat pembangkit sampai ke konsumen dapat digambarkan seperti blok diagram pada gambar 1 berikut, blok diagram tersebut mencakup ketiga komponen utama dari sistem tenaga listrik. 1 Unit Transmisi Gardu Induk distribusi Unit Distribusi Trf Transformator PMT PMT Pemutus Tenaga G Generator Konsumen Besar Distribusi Distribusi sekunder Primer Unit Pembangkitan Konsumen Umum Gambar 1 Sistem Tenaga Listrik Pembangkit Tenaga Listrik yaitu tempat dibangkitkannya energi listrik. Komponenkomponen utama pembangkitan yang berfungsi untuk mengkonversi energi (potensi) atau energi mekanik menjadi energi (potensi) listrik. Proses pembangkitan tenaga listrik adalah proses konversi tenaga primer langsung menjadi energi Listrik atau tenaga mekanik sebagai penggerak generator listrik dan selanjutnya generator listrik menghasilkan tenaga listrik. Tenaga listrik pada umumnya dibangkitkan pada tempat-tempat tertentu yang jauh dari kumpulan pelanggan, sedangkan pemakai tenaga listrik atau pelanggan tenaga listrik tersebar disegala penjuru tempat. Sistem distribusi merupakan bagian dari sistem tenaga listrik yang berguna untuk menyalurkan tenaga listrik dari sumber daya listrik besar (Bulk Power Source) sampai ke konsumen. Jadi fungsi ditribusi tenaga listrik adalah : 1. Pembagian atau penyaluran tenaga listrik ke beberapa tempat (pelanggan) 2. Merupakan sub sistem tenaga listrik yang langsung berhubungan dengan pelanggan, karena catu daya pada pusat-pusat beban (pelanggan) dilayani langsung melalui jaringan distribusi. Komponen Jaringan Distribusi Tenaga Listrik Sistem distribusi merupakan keseluruhan komponen dari sistem tenaga listrik yang menghubungkan secara langsung antara sumber daya yang besar (seperti gardu transmisi) dengan konsumen tenaga listrik. Secara umum komponen jaringan distribusi tenaga listrik antara lain adalah: a. Gardu Induk ( GI ) b. Jaringan Distribusi Primer c. Gardu Distribusi (GD) 2 d. Jaringan Distribusi Sekunder Gardu Distribusi (GD) Gardu distribusi merupakan salah satu komponen dari suatu sistem distribusi yaitu tempat/bangunan instalasi listrik yang didalamnya terdapat alat-alat : pemutus, pengaman dan yang terpenting adalah transformator distribusi untuk mendistribusikan tenaga listrik sesuai dengan kebutuhan tegangan konsumen. Peralatan-peralatan ini bertujuan untuk menunjang mencapai pendistribusian tenaga listrik secara baik yang mencakup kontinuitas pelayanan yang terjamin, mutu yang tinggi dan menjamin keselmatan bagi manusia. Fungsi gardu distribusi adalah sebagai berikut: 1. Menghubungkan jaringan ke konsumen atau untuk membagikan/mendistribusikan tenaga listrik pada beban/konsumen baik konsumen tegangan menengah maupun konsumen tegangan rendah. 2. Menurunkan tegangan menengah menjadi tegangan rendah selanjutnya disalurkan ke konsumen tegangan rendah. 3. Menyalurkan/meneruskan tenaga listrik tegangan menengah ke gardu ditribusi lainnya dan ke gardu hubung. Gardu distribusi dapat dibedakan dari beberapa hal yang diantaranya : 1. Gardu Beton/Tembok 2. Gardu Tiang, terbagi 2 yaitu Gardu Portal Gardu Cantol Gardu Beton Gardu tembok adalah gardu transformator/ hubung yang secara keseluruhan konstruksinya tersebut dari tembok/beton. Gardu Beton/ Tembok Sesuai dengan namanya maka gardu ini terbuat dari beton. Tipe dari bagunan ini bermacam-macam sesuai dengan lokasi dan kebutuhan. Seluruh komponen utama instalasi yaitu transformator dan peralatan switching/proteksi, terangkai didalam bangunan sipil yang dirancang, dibangun dan difungsikan dengan konstruksi pasangan batu dan beton (masonrywall building). Konstruksi ini dimaksudkan untuk pemenuhan persyaratan terbaik bagi keselamatan ketenagalistrikan. Kapasitas transformator yang dipasang pada gardu ini dapat lebih besar dibandingkan dengan gardu-gardu sebelumnnya yang sudah dijelaskan. Jumlah Transformator yang dapat ditampung 3 dalam gardu ini dapat lebih dari 1 buah, dimana hal ini bargantungdari kebutuhan dan lokasi yang ada. Diagram satu garis gardu beton diperlihatkan pada gambar 2.8 berikut. 1 2 3 8 6 4 Gambar 2.2 Diagram Satu Garis Gardu Beton dengan keterangan gambar: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Kabel masuk – pemisah atau saklar beban (load break) Kabel keluar – saklar beban (load break) Pengaman transformator – saklar beban + pengaman lebur Saklar beban sisi TR Rak TR dengan 4 sirkit tekan Pengaman lebur TM (HRC-fuse) Pengaman lebur TR (NH-fuse) 8. Transformator Gardu Tiang Gardu tiang merupakan gardu distribusi yang bangunan pelindungnya/ penyangganya terbuat dari tiang. Dalam hal ini transformator ditribusi terletak pada bagian atas tiang, maka gardu tiang hanya dapat melayani daya listrik terbatas mengingat berat transformator yang relatif tinggi sehingga tidak mungkin menempatkan transformator berkapasiatas besar di bagian atas (± 5 meter diatas tanah). Gardu Portal Gardu portal adalah gardu litsrik tipe terbuka (out-door) dengan memakai konstruksi dua tiang atau lebih. Tempat kedudukan transformator sekurang-kurangnya 3 meter di atas tanah dan ditambahkan platform sebagai fasilitas kemudahan kerja teknisi operasi dan pemeliharaan. Transformator dipasang pada bagian atas dan lemari 4 panel/PHB-TR pada bagian bawah. Diagram Satu Garis gardu portal dapat dilihat pada Gambar 2.9 berikut. Pada gambar 2.10 diperlihatkan pula konstruksi gardu portal dengan semua komponen dan susunan pada gardu. Gambar 2.3 Diagram Satu Garis Gardu Portal Gambar 2.4 Konstruksi Gardu Portal Gardu Cantol Gardu cantol adalah tipe gardu listrik dengan transformator yang dicantolkan pada tiang listrik. Pada gardu distribusi tipe cantol, transformator yang terpasang adalah transformator dengan daya ≤ 100 kVA 3 fasa atau 1 fasa. 5 Sambungan gardu tiang tipe cantol terbagi 2 yaitu: a. Gardu cantol 1 fasa dengan transformator terpasang adalah jenis CSP (Compeletely Self Protected Transformer) yaitu peralatan switching dan proteksinya sudah terpasang lengkap dalam tangki transformator untuk pelayanan 1 fasa. b. Untuk pelayanan 3 fasa memakai 3 buah transformator 1 fasa dengan titik netral digabungkan dari tiap-tiap transformator menjadi satu. Instalasi gardu dapat berupa : a. 1 Cut out fused b. 1 lightning arrester. c. 1 panel PHB tegangan rendah dengan 2 jurusan atau transformator completely self protected (CSP - Transformator)4 susunan komponen pada gardu cantol diperlihatkan pada one line diagram gambar 2.5 berikut. SUTM 3 1 2 L1 N L2 Gambar 2.5 Diagram Satu Garis Gardu Cantol Dengan Keterangan : 1. Transformator 2. Sirkit akhir 2 fasa 3. Arrester 4. FCO, saklar beban TR sudah terpasang di dalam transformator. Catatan : E L1 - N = 220 Volt E L2 - N = 220 Volt E L1 - E L2 = 440 Volt 6 Gambar konstrusi gardu cantol diperlihatkan pada gambar 2.6 berikut. Gambar sebelah kiri menunjukkan gardu cantol 1 fasa dan gambar sebelah kanan menunjukkan gardu cantol 3 fasa. Gambar 2.6 Gardu Cantol 1 Fasa Dan 3 Fasa Transformator Distribusi Transformator adalah komponen utama dalam gardu distribusi. Transformator adalah suatu alat listrik yang digunakan untuk mentransformasikan daya atau energi listrik dari tegangan tinggi ke tegangan rendah atau sebaliknya, melalui suatu gandengan magnet dan berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. 7 Transformator distribusi berfungsi untuk menurunkan tegangan menengah 20kv menjadi tegangan rendah (220/380V). Gambar 2.7 Transformator Distribusi 3 Fasa Jaringan Distribusi Sekunder Sistem distribusi sekunder digunakan untuk menyalurkan tenaga listrik dari gardu distribusi ke beban-beban yang ada di konsumen. Komponen saluran distribusi sekunder diperlihatkan pada gambar 2.8. Pada sistem distribusi sekunder bentuk saluran yang paling banyak digunakan ialah sistem radial. Sistem ini dapat menggunakan kabel yang berisolasi maupun konduktor tanpa isolasi. Sistem ini biasanya disebut sistem tegangan rendah yang langsung akan dihubungkan kepada konsumen/pemakai tenaga listrik dengan melalui peralatan-peralatan sbb: Papan pembagi pada trafo distribusi, Hantaran tegangan rendah (saluran distribusi sekunder). Saluran Layanan Pelanggan (SLP) (ke konsumen/pemakai) Alat Pembatas dan pengukur daya (kWH. meter) serta fuse atau pengaman pada pelanggan. 8 Gambar 2.8 Komponen Saluran Distribusi Sekunder Sistem Pembumian Sistem pembumian adalah suatu tindakan pengamanan dalam jaringan distribusi yang langsung rangkaiannya ditanahkan dengan cara mentanahkan badan peralatan instalasi yang diamankan, sehingga bila terjadi kegagalan isolasi, terhambat atau bertahannya tegangan sistem karena terputusnya arus oleh alat-alat pengaman tersebut. Sistem pembumian digunakan sebagai pengaman langsung terhadap peralatan dan manusia bila terjadinya gangguan tanah atau kebocoran arus akibat kegagalan isolasi dan tegangan lebih pada peralatan jaringan distribusi. Petir dapat menghasilkan arus gangguan dan juga tegangan lebih dimana gangguan tersebut dapat dialirkan ke tanah dengan menggunakan sistem pembumian. Sistem pembumian yang digunakan baik untuk pembumian netral dari suatu sistem tenaga listrik, pembumian sistem penangkal petir dan pembumian untuk suatu peralatan yang perlu mendapatkan perhatian yang serius, karena pada prinsipnya pembumian tersebut merupakan dasar yang digunakan untuk suatu sistem proteksi. Tidak jarang orang umum atau awam maupun seorang teknisi masih ada kekurangan dalam memprediksikan nilai dari suatu hambatan pembumian. Besaran yang sangat dominan untuk diperhatikan dari suatu sistem pembumian adalah hambatan sistem suatu sistem pembumian tersebut. Untuk mengetahui nilai-nilai hambatan jenis tanah yang akurat harus dilakukan pengukuran secara langsung pada lokasi yang digunakan untuk sistem pembumian karena struktur tanah yang sesungguhnya tidak sesederhana yang diperkirakan, untuk setiap lokasi yang berbeda mempunyai hambatan jenis tanah yang tidak sama. 9 Tujuan dari pembumian adalah :1 Memberikan perlindungan terhadap bahaya listrik bagi pemanfaat listrik dan lingkungannya. Mendapatkan keandalan penyaluran pada sistem dari segi kualitas, keandalan ataupun kontinuitas pemakaian tenaga listrik. Membatasi kenaikan tegangan pada fasa yang tidak terhubung tanah dan nilai tegangan kerja minimal. Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi dan memudahkan dalam menentukan lokasi gangguan. Sistem Pembumian Titik Netral Pada saat sistem tenaga listrik masih dalam skala kecil, gangguan hubung singkat ke tanah pada instalasi tenaga listrik tidak merupakan suatu masalah yang besar. Hal ini dikarenakan bila terjadi gangguan hubung singkat fasa ke tanah arus gangguan masih relatif kecil (lebih kecil dari 5 Amper), sehingga busur listrik yang timbul pada kontak-kontak antara fasa yang terganggu dan tanah masih dapat padam sendiri. Tetapi dengan semakin berkembangnya sistem tenaga listrik baik dalam ukuran jarak (panjang) maupun tegangan, maka bila terjadi gangguan fasa ke tanah arus gangguan yang timbul akan besar dan busur listrik tidak dapat lagi padam dengan sendirinya. Timbulnya gejala-gejala ”busur listrik ke tanah (arching ground)” sangat berbahaya karena menimbulkan tegangan lebih transient yang dapat merusak peralatan. Apabila hal di atas dibiarkan, maka kontinuitas penyaluran tenaga listrik akan terhenti, yang berarti dapat menimbulkan kerugian yang cukup besar. Oleh karena itu, sistem-sistem tenaga listrik tidak lagi dibuat terapung (floating) yang lazim disebut sistem delta, tetapi titik netralnya ditanahkan melalui tahanan, reaktor dan ditanahkan langsung (solid grounding). Pembumian itu umumnya dilakukan dengan menghubungkan netral transformator daya ke tanah. Tujuan Pembumian Titik Netral Sistem Adapun tujuan pembumian titik netral sistem adalah sebagai berikut: 1. 2. 3. 4. 1 Menghilangkan gejala-gejala busur api pada suatu sistem. Membatasi tegangan-tegangan pada fasa yang tidak terganggu (pada fasa yang sehat). Meningkatkan keandalan (realibility) pelayanan dalam penyaluran tenaga listrik. Mengurangi/membatasi tegangan lebih transient yang disebabkan oleh penyalaan bunga api yang berulang-ulang (restrike ground fault). Hendrianto Lisanudin, Pedoman Sertifikasi Laik Operasi Instalasi Tenaga Listrik , Hal. 8 10 5. Memudahkan dalam menentukan sistem proteksi serta memudahkan dalam menentukan lokasi gangguan. Metode Pembuminan Titik Netral2 Metoda-metoda pembumian titik netral sistem tenaga listrik adalah sebagai berikut: a. b. c. Pembumian langsung (effective grounding) Pembumian melalui tahanan (resistance grounding) Pembumian dengan kumparan Petersen (Petersen Coil). d. Pembumian melalui transformator pembumian. a. Pembumian langsung (effective grounding) Sistem pembumian langsung adalah di mana titik netral sistem dihubungkan langsung dengan tanah, tanpa memasukkan harga suatu impedansi, ditunjukkan pada gambar 2.11 berikut: RB Gambar 2.11 Rangkaian Pengganti Pembumian Titik Netral Tanpa Impedansi (Pembumian Langsung/Solid Grounding) Pada sistem ini bila terjadi gangguan phasa ke tanah akan selalu mengakibatkan terganggunya saluran (line outage), yaitu gangguan harus diisolir dengan membuka pemutus daya. Salah satu tujuan pembumian titik netral secara langsung adalah untuk membatasi tegangan dari fasa-fasa yang tidak terganggu bila terjadi gangguan fasa ke tanah. Besarnya tahanan sistem tergantung jenis tanah tempat elektroda ditanam dan cara penanaman elektroda tersebut. 2 Aslimeri dkk, Teknik Transmisi Tenaga Listrik Jilid 2 Hal 247 11 Keuntungan: 1. Tegangan lebih pada phasa-phasa yang tidak terganggu relatif kecil. 2. Kerja pemutus daya untuk melokalisir lokasi gangguan dapat dipermudah, sehingga letak gangguan cepat diketahui. 3. Sederhana dan murah dari segi pemasangan. Kerugian: a. Setiap gangguan phasa ke tanah selalu mengakibatkan terputusnya daya. b. Arus gangguan ke tanah besar, sehingga akan dapat membahayakan makhluk hidup didekatnya dan kerusakan peralatan listrik yang dilaluinya. b. Pembumian melalui tahanan (resistance grounding) Pembumian titik netral melalui tahanan (resistance grounding) dimaksud adalah suatu sistem yang mempunyai titik netral dihubungkan dengan tanah melalui tahanan (resistor). Gambar 2.12 menunjukkan rangkaian pengganti pembumian titik netral melalui tahanan Gambar 2.12 Rangkaian Pengganti Pembumian Titik Netral melalui Tahanan (Resistor) Pada umumnya nilai tahanan pembumian lebih tinggi dari pada reaktansi sistem pada tempat di mana tahanan itu dipasang. Sebagai akibatnya besar arus gangguan 12 fasa ke tanah pertama-tama dibatasi oleh tahanan itu sendiri. Dengan demikian pada tahanan itu akan timbul rugi daya selama terjadi gangguan fasa ke tanah. Secara umum harga tahanan yang ditetapkan pada hubung netral adalah: Vf Rt = ––– (ohm) (1) I di mana: Rt = Tahanan ( Ohm ) Vf = Tegangan fasa ke netral (Volt) I = Arus beban penuh dalam Ampere dari transformator. (Ampere) Dengan memilih harga tahanan yang tepat, arus gangguan ke tanah dapat dibatasi sehingga harganya hampir sama bila gangguan terjadi di segala tempat di dalam sistem bila tidak terdapat titik pembumian lainnya. Dalam menentukan nilai tahanan pembumian akan menentukan besarnya arus gangguan tanah. Besarnya tahanan pembumian pada sistem tenaga listrik Contohnya di PLN P3B Jawa Bali Region Jabar), adalah sebagai berikut: Sistem 70 kV sebesar 62 Ohm Sistem 20 kV sebesar 12 Ohm atau 42 Ohm. Jenis pembumian (Resistor) yang dipakai adalah jenis logam (metalic resistor) atau jenis cairan (liquid resistor), perhatikan gambar 2.13 ; 2.14 ; 2.15 dan 2.16 Gambar 2.13 Pembumian (Grounding Resistor) 13 Gambar 2.14 Resistor Jenis Logam (Metalic Resistor) Gambar 2.15 Resistor Jenis 14 Gambar 2.16 Resistor Jenis Cairan (Liquid Resistor) Pembumian titik netral melalui tahanan (resistance grounding) mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu: Keuntungan: Besar arus gangguan tanah dapat diperkecil Bahaya gradient voltage lebih kecil karena arus gangguan tanah kecil. Mengurangi kerusakan melaluinya. Kerugian: peralatan listrik akibat arus gangguan yang Timbulnya rugi-rugi daya pada tahanan pembumian selama terjadinya gangguan fasa ke tanah. Karena arus gangguan ke tanah relatif kecil, kepekaan rele pengaman menjadi berkurang dan lokasi gangguan tidak cepat diketahui. c. Pembumian dengan kumparan Petersen (Petersen Coil). Sistem pembumian dengan kumparan Petersen adalah di mana titik netral dihubungkan ke tanah melalui kumparan Petersen (Petersen Coil). Kumparan Petersen ini mempunyai harga reaktansi (XL) yang dapat diatur dengan menggunakan tap. Gambar 2.17 memperlihatkan petersen coil yang terpasang di PT PLN (Persero) P3B Region Jawa Barat, yaitu pada sistem 30 kV Plengan-Lamajan. Rangkaian pengganti sistem pembumian dengan kumparan Petersen ditunjukkan pada gambar 2.18 15 Gambar 2.17 Pemasangan Pembumian Titik Netral dengan Kumparan Petersen. Gambar 2.18 Rangkaian Pengganti Pembumian Titik Netral dengan Kumparan Petersen. Pada hakikatnya tujuan dari pembumian dengan kumparan Petersen adalah untuk melindungi sistem dari gangguan hubung singkat fasa ke tanah yang sementara sifatnya (temporary fault), yaitu dengan membuat arus gangguan yang sekecilkecilnya dan pemadaman busur api dapat terjadi dengan sendirinya. Kumparan Petersen berfungsi untuk memberi arus induksi (IL) yang mengkonpensir arus gangguan, sehingga arus gangguan itu kecil sekali dan tidak membahayakan peralatan listrik yang dilaluinya. Arus gangguan ke tanah yang mengalir pada sistem sedemikian kecilnya sehingga tidak langsung mengerjakan relai gangguan tanah untuk membuka pemutusnya (PMT) dari bagian yang terganggu. Dengan demikian kontinuitas penyaluran tenaga listrik tetap berlangsung untuk beberapa waktu lamanya walaupun sistem dalam keadaan gangguan hubung singkat satu fasa ke tanah, yang berarti pula dapat memperpanjang umur dari pemutus tenaga (PMT). 16 Sebaliknya sistem pembumian dengan kumparan Petersen ini mempunyai kelemahan, yaitu sulit melokalisir gangguan satu fasa ke tanah yang bersifat permanen dan biasanya memakan waktu yang lama. Gangguan hubung singkat yang permanen itu dapat mengganggu bagian sistem yang lainnya. Oleh karena itu, hubung singkat tersebut tetap harus dilokalisir dengan menggunakan relai hubung singkat ke tanah (Ground fault relai). Pembumian titik netral melalui kumparan Petersen mempunyai keuntungan dan kerugian yaitu: Keuntungan: Arus gangguan dapat dibuat kecil sehingga tidak berbahaya bagi makhluk hidup. Kerusakan peralatan sistem di mana arus gangguan mengalir dapat dihindari. Sistem dapat terus beroperasi meskipun terjadi gangguan fasa ke tanah. Gejala busur api dapat dihilangkan. Kerugian: Relai gangguan tanah (ground fault relai) sukar dilaksanakan karena arus gangguan tanah relatif kecil. Tidak dapat menghilangkan gangguan fasa ke tanah yang menetap (permanen) pada sistem. Operasi kumparan Petersen harus selalu diawasi karena bila ada perubahan pada sistem, kumparan petersen harus disetel (tuning) kembali. d. Pembumian melalui transformator pembumian. Bila pada suatu sistem tenaga listrik tidak terdapat titik netral,sedangkan sistem itu harus diketanahkan, maka sistem itu dapat ditanahkan dengan menambahkan ”Transformator Pembumian” (grounding transformer), contoh gambar pemasangan trafo pembumian seperti ditunjukkan pada gambar 2.19 berikut: 17 Gambar 2.19 Contoh pemasangan trafo pembumian Transformator pembumian itu dapat terdiri dari transformator Zig zag atau transformator bintang segitiga (Y-∆). Trafo pembumian yang paling umum digunakan adalah transformator zig-zag tanpa belitan sekunder. ARUS DAN TEGANGAN YANG BERBAHAYA Secara umum kita tinjau dahulu bahaya-bahaya yang mungkin dapat ditimbulkan oleh tegangan atau arus listrik terhadap manusia mulai dari yang ringan sampai yang paling berat yaitu: terkejut, pingsan atau mati. Ringan atau berat bahaya yang timbul, tergantung dari faktor-faktor dibawah ini sebagai berikut : 1. Tegangan dan kondisi orang terhadap tegangan tersebut. 2. Besarnya arus yang melewati tubuh manusia 3. Jenis arus, searah atau bolak-balik 1. Tegangan Pada sistem tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, dalam hal terjadi tegangan kontak langsung atau dalam hal manusia berada di dalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Akan tetapi sebenarnya yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus yang mengalir dalam tubuh manusia. Khususnya pada gardu-gardu induk kemungkinan terjadinya bahaya terutama 18 disebabkan oleh timbulnya gangguan yang menyebabkan arus mengalir ke tanah. Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal dan juga mengalir dalam tanah di sekitar gardu induk. Arus gangguan tersebut menimbulkan gradien tegangan diantara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Untuk menganalisis lebih lanjut akan ditinjau beberapa kemungkinan terjadinya tegangan dan kondisi orang yang sedang berada di dalam dan di sekitar gardu induk tersebut. 1.1 Jenis Tegangan Sulit untuk menentukan secara tepat mengenai perhitungan tegangan yang mungkin timbul akibat kesalahan ke tanah terhadap orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar gardu iduk, karenanya banyaknya faktor yang mempengaruhi dan tidak diketahui. Untuk menganalisis keadaan ini maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar gardu induk tersebut pada saat terjadi kesalahan ke tanah. Pada hakekatnya perbedaan tegangan selama mengalir nya arus gangguan tanah dapat digambarkan sebagai berikut : 1. Tegangan sentuh 2. Tegangan langkah 3. Tegangan pindah 1.2 Tegangan Sentuh Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat diantara suatu obyek yang disentuh dan suatu titik berjarak </= 1 meter, dengan asumsi bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pengetanahan yang berada dibawahnya. Besar arus gangguan dibatasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari kaki orang tersebut, seperti pada gambar 7-1. 19 Gambar 7.1. Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya Dari rangkaian pengganti dapat dilihat hubungannya sebagai berikut : R ⎞ ⎛ Es = ⎜ Rk f ⎟ × I k 2 ⎠ + (7.1) ⎝ Dimana : Es Rk Rf Ik = tegangan sentuh (volt) = tahanan badan orang (= 1000 Ohm) = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki pada tanah yang diberi koral cm (= 3000 Ohm) (Ampere) = lapisan besarnya arus10yang melaluibadan Tahanan badan orang telah diselidiki oleh beberapa ahli sebagaimana terdapat dalam tabel 7.4, diambil dan sebagai harga pendekatan Rk 1000 mendekati harga 3 ρs dimana permukaan. Arus ρs = Ohm. Rf Tahanan adalah tahanan jenis tanah disekitar Ik diambil dari harga dalam persamaan 7.4, I k = 0,116 / t . dimana ⎛ ⎝ E s = ⎜1000 + 3ρ s⎞ 0,116 ⎟× 2 ⎠ t (7.2) Dimana : 20 ρs t = tahanan jenis tanah disekitar pemukaan tanah (Ohm-meter) = 3000 Ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm. = waktu kejut (detik) atau lama gangguan tanah. Dalam Tabel 7.1 diberikan besar tegangan sentuh yang diijinkan dan lama gangguan. Tabel 7.1. Tegangan sentuh yang diijinkan dan lama gangguan Lama gangguan t (detik) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,0 3,0 Tegangan diijinkan sentuh yang (Volt) 1.980 1.400 1.140 990 890 626 443 362 1.3 Tegangan Langkah Tegangan langkah adalah tegangan yang timbul di antara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah. Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 7.2. Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki orang adalah 1 meter dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu. 21 Gambar 7.2. Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentkan tegangan langkah sebagai berikut : El = (R k + 2R f )× I = (1000 + 6 ρ s )× k 0,116 t 22 Dimana : El = 116 + 0,696 × ρ s t l Rk Rf t ρs = = tegangan langkah (volt) = tahanan badan orang (ohm) = 1000 Ohm = tahanan kontak ke tanah dari satu kaki (ohm) = 3 ρ s = waktu kejut (detik) = tahanan jenis tanah disekitar permukaan tanah (ohm-meter) 3000 ohm-meter untuk permukaan tanah yang dilapisi koral 10 cm Dalam Tabel 7.2 diberikan besar tegangan langkah yang diijinkan dan lama gangguan. Tabel 7.2. Tegangan langkah yang diijinkan dan lama gangguan Lama gangguan t (detik) 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,0 3,0 Tegangan diijinkan langkah yang (Volt) 7.000 4.950 4.040 3.500 3.140 2.216 1.560 1.280 1.4 Tegangan Pindah Tegangan pindah adalah hal khusus dari tegangan sentuh, dimana tegangan ini terjadi bila pada saat terjadi kesalahan orang berdiri di dalam gardu induk, dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik jauh sedangkan alat tersebut dialiri oleh arus kesalahan ke tanah, gambar 7.3. Dari gambar 7.3 terlihat bahwa, orang akan merasakan tegangan yang lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan sentuh seperti pada gambar 7.1. Tegangan pindah akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pengetanahan total. Tegangan pindah itu sulit untuk dibatasi, tetapi biasanya konduktor-konduktor telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi. Dari gambar 7.3 diperoleh : Epindah = I R0, dengan anggapan Ik « I sebab + Rk 2 Rf 23 Dimana : » R0 24 Dimana : R0 = ρ ρ + 4r L (7.4) Dan : r = jarijari ekivalen dari luas gardu induk L = panjang total dari konduktor kisi-kisi dan batang Untuk waktu tertentu dari arus gangguan dalam detik, tegangan pindah yang diijinkan adalah sama dengan tegangan sentuh. Gambar 7.3. Tegangan pindah dengan rangkaian penggantinya 25 2. Arus Yang Melalui Tubuh Manusia Kemampuan tubuh manusia terhadap besarnya arus yang mengalir di dalamnya. Tetapi berapa besar dan lamanya arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia sampai batas yang belum membahayakan sukar ditetapkan. Dalam hal ini telah banyak diselidiki oleh para ahli dengan berbagai macam percobaan baik dengan tubuh manusia sendiri maupun menggunakan binatang tertentu. Dalam batas-batas tertentu dimana besarnya arus belum berbahaya terhadap organ tubuh manusia telah diadakan berbagai percobaan terhadap beberapa orang sukarelawan yang menghasilkan batas-batas besarnya arus dan pengaruhnya terhadap manusia yang berbadan sehat. Batas-batas arus tersebut dibagi sebagai berikut : 1. Arus mulai terasa atau persepsi. 2. Arus mempengaruhi otot. 3. Arus mengakibatkan pingsan atau mati atau arus fibrilasi 4. Arus reaksi 2.1 Arus Persepsi Bila seseorang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari harga nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang tersebut akan memberikan pengaruh. Mula mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya bila dengan arus bolak balik dan akan terasa sedikit panas pada telapak tangan. Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1993 telah dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan, dan diperoleh arus rata-rata yang disebut threshold of perception current sebagai berikut : 1. untuk laki-laki : 1,1 mA. 2. Untuk perempuan : 0,7 mA. 7 2.2 Arus Yang Mempengaruhi Otot Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya tingkat arus persepsi dinaikkan lagi maka orang akan merasa sakit dan kalau terus dinaikkan maka otot-otot akan kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya. Di University of California Medical School telah dilakukan penyelidika n terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka rata-rata yang mempengaruhi otot sebagai berikut : 1. untuk laki-laki : 16 mA. 2. Untuk perempuan : 10,5 mA. Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimal dimana orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut : 1. untuk laki-laki : 9 mA. 2. Untuk perempuan : 6 mA. 2.3 Arus Fibrilasi Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dari arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung sehingga jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan dan orang segera akan mati. Untuk mendapatkan nilai pendekatan suatu percobaan telah dilakukan pada University of California oleh Dalziel pada tahun 1968 , dengan menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung yang kira-kira sama dengan manusia disebutkan bahwa 99.5 % dari semua orang yang beratnya kurang dari 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar berikut : arus dan waktu yang ditentukan oleh persamaan sebagai 8 2.4 Arus Reaksi Arus reaksi adalah arus yang terkecil yang dapat menakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melemparkan peralatan yang sedang dipegang yang dapat mengenai bagian-bagian instalasi bertegangan tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang lebih fatal. Penyelidikan yang terperinci telah dikemukan oleh DR. Hans Prinz dimana batasan-batasan arus tersebut seperti tabel 7.3. Tabel 7.3. Batasan-batasan arus dan pengaruhnya pada manusia Besar Arus 0 – 0,9 mA 0,9 – 1,2 mA 1,2 – 1,6 mA 1,6 – 6 mA 6 – 8 mA 13 – 15 mA 15 – 20 mA 20 – 50 mA 50 – 100 mA Pengaruh Pada Tubuh Manusi belum dirasakan pengaruhnya, tidak menimbulkan reaksi apa-apa. baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan akibatbkejang, kontraksi atau kehilangan kontrol. mulai terasa seakan-akan ada yang merayap di dalam tangan sampai kesiku merasa kesemutan tangan mulai kaku, rasa kesemutan makin bertambah rasa sakit tidak tertahankan, penghantar masih dapat melepaskan dengan gaya yang besar sekali otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia batas arus yang dapat menyebabkan kematian 3. Tahanan Tubuh Manusia Tahanan tubuh manusia berkisar di antara 500 Ohm sampai 100.000 Ohm tergantung dari tegangan, keadaan kulit pada tempat yang mengadakan hubungan (kontak) dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk mempunyai tahanan yang tinggi, tetapi terhadap tegangan yang tinggi kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar, sehingga tahanan dari kulit ini tidak berarti apa-apa. Sehingga hanya tahanan tubuh yang dapat membatasi arus. Penyelidikan dan penelitian tahanan tubuh manusia yang diperoleh beberapa ahli adalah sebagai berikut : Tabel 7.4. Berbagai harga tahanan tubuh manusia Peneliti Dalziel Tahanan (Ohm) 500 AIEE Committee Report Keteranga n dengan tegangan 60 cps 2.330 dengan tegangan 21 volt 1958 tangan ke tangan I k = 9 mA 1.130 tangan ke kaki 800 Laurent 1.680 tangan ke tangan dengan arus searah tangan ke kaki dengan 50 cps 3.000 Berdasarkan hasil penyelidikan oleh para ahli maka sebagai pendekatan diambil harga tahanan tubuh manusia sebesar 1000 Ohm. sentuh langsung sentuh tak langsung Grafik bahaya ARUS pada Tubuh Grafik Fuse putus PEMBUMIAN PERALATAN Proteksi dari Sentuhan Tidak Langsung Sentuhan tidak langsung adalah sentuhan pada BKT (bagian konduktif terbuka) peralatan atau instalasi listrik yang menjadi bertegangan akibat kegagalan isolasi. Sumber listrik 3 phasa dengan 5 kawat (L1, L2, L3, N dan PE) (Gambar 11.20). BKT saat normal tidak bertegangan dan aman disentuh. Jika ada dari Ketiga isolasi gagal, aliran listrik gangguan dikembalikan ke kawat PE, sehingga orang terhindar arus kejut meskipun menyentuh bagian BKT. Gambar 11.20 11.9 Jenis Sistem Distribusi Secara komersial sistem distribusi listrik banyak menggunakan listrik AC tiga phasa dan satu phasa. Distribusi tegangan DC dipakai untuk keperluan khusus seperti saluran listrik atas Kereta Rel Listrik dengan tegangan 1.500V di wilayah Jabotabek. Sistem penghantar distribusi dikenal dua yaitu jenis sistem penghantar aktif dan jenis pembumian sistem. Jenis penghantar aktif AC menurut PUIL 2000: 45 dikenal beberapa jenis, meliputi phase tunggal 2 kawat, phasa tunggal 3 kawat, phase dua 3 kawat, phase dua 5 kawat, phase tiga 3 kawat dan phase tiga dengan 4 kawat. Jenis pembumian sistem untuk sistem tiga phasa secara umum dikenal tiga sistem, yaitu TN, TT, dan IT. Tabel 11.4. Jenis Pembumian sistem TT,TN dan IT sistem Pembumian Peralatan TT,TN, dan IT T I N T Huruf pertama menyatakan hubungan sistem tenaga listrik ke bumi, T = hubungan langsung ke bumi I = satu titik dihubungkan ke bumi melalui suatu impedansi. Huruf kedua menyatakan hubungan BKT instalasi ke bumi. T = hubungan listrik langsung BKT ke bumi, tidak tergantung pembumian setiap titik tenaga listrik, N = hubungan listrik langsung BKT ketitik yang dikebumikan dari sistem tenaga listrik, yang dikebumikan titik netral. C Huruf berikutnya, menyatakan susunan penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE). S S = fungsi proteksi yang diberikan oleh penghantar yang terpisah dari netral atau dari saluran yang dikebumikan C = fungsi netral atau fungsi proteksi tergabung dalam penghantar tunggal (PEN). Keterangan: Notasi T (terre, prancis) langsung, I (isolate) mengisolasi, N (netral), S (separate) memisahkan, C (common) bersamaan 1. SISTEM TT Saat terjadi Gagal isolasi Diagram Satu Garis L1 L2 3 x 380/220 L3 N 4 A RK = 1 Ω 250 W RM = 1000 RB = 2 Ω Ω RPE = 4 - 12 Ω Rangkaian EKIVALEN A-B dibuka , seperti dibawah dipandang secara Thevenin maka VA-B = VTh Sebagai tegangan Sumber di Rangkaian Thevenin. A IF IPE IL VS IM RPE RL RB RM B Gambar 1 Tegangan antara A-B tegangan Thevenin Untuk Mencari Tahanan thevenin, Sumber di hubung singkat, Terminal A-B tetap terbuka, maka tahanan Total disebut tahanan Thevenin Rth seperti gambar 2 dibawah: A IF S U IPE IL M IM B VS RPE RL E R B RB Gambar. 2 Tahanan Theveni Adapun Persamaan yang dapat kita Tuliskan dari Rangkaian tersebut Sbb 1. Tegangan pada titik AB dari gambar 1 yaitu RM dibuka, maka VAB=Vth 𝑉 𝑉𝐴𝐵 = 𝑅 +𝑠 𝑅 𝑥 𝑅𝑃𝐸 ….Volt 𝑃𝐸 𝐵 dan 2. Tahanan Thevenin dari gambar 2, Sumber dihubung Singkat maka pengganti RPE dan RB yaitu Maka, Saat manusia Tersentuh RM terhubung 3.arus yang mengalir pada manusia yaitu 𝑅𝑇𝐻 = 𝑅𝑃𝐸 𝑥 𝑅𝐵 𝑅𝑃𝐸 + 𝑅𝐵 ……Ohm 𝐼𝑀 = 𝑅 𝐼𝐹 = 𝑉𝑇𝐻 ..A dan 𝑇𝐻 + 𝑅𝑀 Vm = Im x Rm ..Volt Arus yang melebur Fuse besarnya: 𝑆 𝑙𝑜𝑎𝑑 𝑉𝑠 +𝑅 𝑉𝑠 𝑃𝐸 + 𝑅𝐵 + 𝐼𝑀 ….. A TABEL UJI Rpe Tf < Tm manusia aman (MA) Tf >Tm manusia bahaya (MB) FUSE 4 A, 6 A, 10 A MANUSIA Keadaan RPE (Ω) IM Manusia IF (Ampere) tF (mSekon) tM (mSekon) (mAmpere) 4 38,806 20 ms 146 120,22 MA RM Sistem Pembumian TN Sistem TN mempunyai satu titik yang dikebumikan langsung pada titik bintang sekunder trafo, dan BKT instalasi dihubungkan ke titik tersebut oleh penghantar proteksi (PEN). Ada tiga jenis sistem TN sesuai dengan susunan penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE).1 • Sistem TN-S fungsi penghantar proteksi PE terpisah di seluruh sistem, Titik netral dibumikanB • Sistem TN-C-S fungsi penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE) digabungkan dalam penghantar tunggal, di sebagian sistem Gambar 11.21b. B Titik netral sistem dibumikan dengan nilai tahanan R . TN-C fungsi penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE) tergabung dalam penghantar tunggal PEN diseluruh sistem Gambar 11.21c. Titik netral sistem dibumikan dengan nilai tahanan R . Gambar 11.21a Sistem pembumian TN-S Gambar 11.21b Sistem pembumian TN-C-S Gambar 11.21c Sistem pembumian TN-C Sistem pembumian TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung(RB). BKT dihubungkan ke elektrodebumi secara listrik terpisah RA dari elektrode bumi sistem Gambar 11.22. Sistem pembumian IT semua bagian aktif yang diisolasi dari bumi, atau satu titik dihubungkan ke bumi melalui A suatu impedansi R . BKTB instalasi listrik dibumikan secara independen atau secarakolektif atau pembumian sistem R Gambar 11.23 Pengukuran Pengaman pada Sistem Pembumian TN Sistem pembumian TN-C-S penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE) digabungkan dalam penghantar tunggal, di sebagian sistem. Beban tiga phasa terjadi gangguan isolasi pada belitan phasa-1 (Gambar 11.24). Alternatif-1: Jalannya arus saat terjadi gangguan adalah: arus dari trafo L1 belitan phasa-1 badan alat kawat PE netral trafo. Alternatif-2: Kawat PEN dekat trafo putus, arus dari trafo L1 belitan phasa-1 badan alat kawat PE terminal penyama potensial pembumian RA tanah pembumian RB netral trafo. 230/400 V M a) 230/400 V 2 2 M b) 230/400 V Konta k tusuk M c) Gambar 3.12-2 Beberapa contoh tipikal sistem TT 3.12.2.6 Pada jaringan distribusi dan instalasi listrik konsumen yang memakai sistem TT, gabungan antara sistem TN dan TT dapat dibenarkan jika telah dipastikan bahwa gabungan tersebut tidak membahayakan konsumen dengan sistem TN. ( perhatikan pasal 3.13.2.12) 3.12.2.7 Pada instalasi listrik konsumen, penghantar netral harus berinsulasi dan dilindungi dari gangguan mekanis. L N N PE L PE N 1 2 RP SALAH Gambar 3.12-3 L1 L2 L3 3 PE 4 M BENAR Contoh penyambungan 2 3 BKT L1 L2 L3 perlengkapan listrik melalui kontak tusuk 3.13 Sistem TN atau sistem Pembumian Netral Pengaman (PNP) 3.13.1 Umum 3.13.1.1 Sistem TN dilakukan dengan cara menghubungkan semua BKT perlengkapan/ instalasi melalui penghantar proteksi ke titik sistem tenaga listrik yang dibumikan pada atau di dekat setiap transformator atau generator yang relevan (lihat 3.5.4) sedemikian sehingga bila terjadi kegagalan insulasi tercegahlah bertahannya tegangan sentuh yang terlalu tinggi karena terjadinya pemutusan suplai secara otomatis dengan bekerjanya gawai proteksi. Umumnya titik sistem tenaga listrik yang dibumikan adalah titik netral. Jika titik netral tidak ada atau tidak terjangkau, penghantar fase harus dibumikan. Namun hal ini tidak dianjurkan di Indonesia. Dalam semua keadaan, penghantar fase tidak boleh melayani sebagai penghantar PEN (lihat 3.13.1.2). CATATAN 1 Jika terdapat hubungan bumi efektif yang lain, direkomendasikan bahwa penghantar proteksi juga dihubungkan ke titik tersebut di mana mungkin. Pembumian pada titik tambahan, yang terdistribusi serata mungkin, diperlukan untuk memastikan bahwa potensial penghantar proteksi tetap sedekat mungkin dengan potensial bumi dalam keadaan gangguan. Dalam bangunan besar seperti bangunan bertingkat tinggi, pembumian penghantar proteksi tambahan tidak memungkinkan karena alasan praktis. Ikatan penyama potensial antara penghantar proteksi dan BKE dalam keadaan ini mempunyai fungsi yang serupa. CATATAN 2 Untuk alasan yang sama, direkomendasikan bahwa penghantar proteksi dibumikan saat memasuki bangunan atau gedung. 2 4 3.13.1.2 3.5.4). Pada sistem TN dikenal sistem TN-S, TN-C-S dan TN-C (lihat Sesuai SNI 04-3855-1995, Pembumian jaringan tegangan rendah dan instalasi tegangan rendah, pada umumnya di Indonesia yang berlaku adalah sistem TNC-S dengan penghantar netral dan penghantar proteksi dihubungkan dan dibumikan di PHB konsumen (lihat Gambar 3.13-1). Sistem TN-S diterapkan. dapat digunakan, jika dapat Karena alasan keselamatan (antara lain tidak dapat dipasangi GPAS, sehingga rawan terhadap bahaya kebakaran akibat listrik dan bahaya dari sentuh langsung, serta mempunyai masalah pada kesesuaian elektromagnetik), sistem TN-C dilarang. CATATAN Pembumian tambahan dari PEN pada jaringan distribusi (lihat SNI 043855-1995 dan 3.13.2.11) dan PE pada instalasi dapat disediakan. Gambar 3.13-1 Sistem TN-C-S fase tiga dengan PEN dipisah menjadi PE dan N(etral) 3.13.2 Persyarata n 3.13.2.1 Jika terjadi gangguan hubung pendek pada suatu tempat dalam instalasi antara penghantar fase dengan penghantar proteksi PE atau BKT, maka karakteristik gawai proteksi (lihat 3.13.2.6) dan impedans sirkit harus sedemikian rupa sehingga akan terjadi pemutusan suplai secara otomatis dalam waktu yang ditentukan. Untuk itu berlaku persyaratan berikut ini : 2 5 Zs x Ia ≤ Uo dengan : Zs adalah impedans lingkar gangguan yang terdiri atas sumber, penghantar aktif sampai ke titik gangguan dan penghantar proteksi PE antara titik gangguan dan sumber, dalam Ω. Ia adalah arus yang menyebabkan operasi pemutusan otomatis gawai proteksi (dalam ampere) yaitu : 2 6 a) di dalam waktu yang dinyatakan dalam Tabel 3.13-1 sebagai fungsi tegangan nominal Uo, atau b) di dalam waktu konvensional maksimum 5 detik jika dalam kondisi yang dinyatakan dalam 3.13.2.3 Uo adalah tegangan nominal a.b. efektif ke bumi, dalam volt. CATATAN 1 Jika arus hubung pendek tersebut di atas tidak cukup besar sehingga gawai proteksi arus lebih (GPAL) tidak bekerja, maka dapat digunakan gawai proteksi arus sisa (GPAS). Tabel 3.13-1 sistem TN Waktu pemutusan maksimum untuk Uo *) volt 120 230 277 400 >400 *) Nilai didasarkan Tegangan standar. pada SNI 3.13.2.8 Persyaratan PEN penghantar Waktu pemutusan detik 0,8 0,4 0,4 0,2 0,1 04-0227, 3.13.2.8.1 Penghantar PEN hanya diizinkan sebagai penghantar saluran masuk yang langsung dihubungkan dengan penghantar PEN jaringan distribusi. 3.13.2.8.2 Jika dari setiap titik instalasi fungsi netral dan fungsi proteksi diberikan oleh penghantar yang terpisah, tidak dibenarkan untuk menghubungkan kedua penghantar tersebut satu sama lain dari titik tersebut. Pada titik pemisahan harus disediakan rel/ terminal terpisah untuk penghantar PE dan penghantar N. Penghantar PEN harus dihubungkan ke rel/terminal yang dimaksudkan untuk penghantar PE. 3.13.2.9 Luas penampang penghantar fase dan penghantar netral dapat dilihat pada 3.16. 3.13.2.10 Pada jaringan saluran udara, selain di sumber dan di konsumen, penghantar PEN nya harus dibumikan paling sedikit di setiap ujung cabang yang panjangnya lebih dari 200 m. Demikian pula untuk instalasi pasangan luar, penghantar PEN nya harus dibumikan. Resistans pembumian total seluruh sistem tidak boleh lebih dari 5 Ω. Untuk daerah yang resistans jenis tanahnya sangat tinggi, resistans pembumian total seluruh sistem boleh mencapai 10 Ω. a) Bagian penghantar pembumian jaringan distribusi yang terletak di atas tanah, 2 7 penampangnya tidak boleh kurang dari 16 mm2 tembaga atau 100 mm2 pita baja yang digalvanisasi dengan tebal minimum 3 mm. Bagian penghantar pembumian jaringan distribusi yang tertanam di dalam tanah, jika penghantarnya berinsulasi, luas penampang sekurang-kurangnya harus sama dengan luas penampang penghantar pembumian yang terletak di atas tanah. Jika penghantarnya telanjang, maka persyaratannya sama dengan persyaratan elektrode bumi yang ditetapkan dalam 3.18. b) Resistans pembumian dari satu atau beberapa elektrode bumi di sekitar sumber listrik atau transformator dan di bagian jaringan pada 200 meter terakhir dari setiap cabang, tidak boleh lebih besar dari 10 Ω (lihat Gambar 3.13-2). Untuk daerah dengan resistans jenis tanah sangat tinggi, resistans pembumian tersebut boleh sampai 20 Ω. 3.13.2.11 Jika di sekitar jaringan distribusi terdapat sesuatu yang pembumiannya baik, misalnya jaringan pipa air minum dari logam yang masih digunakan, maka selama tidak bertentangan dengan ketentuan/peraturan Perusahaan Air Minum, penghantar PEN-nya harus dihubungkan pada pipa utamanya atau pada pipa masuk ke rumah. KHA penghantar penghubungnya harus sama dengan penghantar PEN-nya. Tetapi luas penampangnya tidak perlu lebih besar dari 50 mm2 tembaga atau 100 mm2 pita baja yang digalvanisasi dengan tebal minimum 3 mm. ΣRp≤ 10 Ω ΣRt≤ 5 Ω Resistans Pembumian Total 50 Ω 30 Ω 15 Ω 12 Ω 15 Ω ΣRp≤10 Ω 200 m 12 Ω 15 Ω 20 Ω 200 m 10 Ω 20 Ω ΣRp≤10 Ω 2 8 Gambar 3.13-2 Pembumian di sekitar sumber dan di setiap ujung cabang jaringan 3.13.2.12 Dalam jaringan distribusi dan instalasi yang menggunakan sistem TN-C, pembumi yang tidak dihubungkan dengan penghantar PEN dilarang.( perhatikan pasal 3.12.2.6) Yang dapat dikecualikan dari larangan ini adalah : Bagian konduktif di sisi tegangan rendah suatu instalasi transformator yang pembuminya dihubungkan dengan pembumian sisi tegangan tingginya, sedang pembumian netral sistem tegangan rendahnya terpisah (lihat Gambar 3.13-3). 3.13.2.13 Dalam jaringan saluran udara, penghantar PEN sebaiknya dipasang di bawah penghantar fasenya. U U V V W W N R TT T ≥20 m Gambar 3.13-3 3.13.2.14 Warna tanda pengenal untuk penghantar proteksi, penghantar PEN, penghantar fase dan penghantar netral diatur dalam 7.2. 3.13.2.15 Dalam sistem TN-C-S, untuk penghantar proteksi PE berlakulah persyaratan sebagai berikut : a) KHA penghantar proteksi PE harus sama dengan KHA penghantar fase jika penampang penghantar fase tersebut sama atau kurang dari 16 mm2 tembaga. Dalam hal lainnya maka penampang penghantar PE tidak boleh kurang dari 16 mm2 tembaga. b) Sebagai penghantar proteksi dapat digunakan lapisan penghantar netral kabel konsentris atau lapisan logam pelindung kabel, asal luas penampangnya cukup, atau dapat pula digunakan bagian konstruksi seperti tersebut dalam 3.6.2.2.4. c) Penghantar proteksi dipasang terpisah dari penghantar fase; dalam hal ini penghantar proteksi seperti halnya penghantar fase harus dilindungi terhadap kerusakan mekanis dan sejauh mungkin diletakkan sejalan dengan penghantar fasenya. d) Penghantar proteksi keluar harus mempunyai rel atau terminal tersendiri, yaitu rel atau terminal PE. Penghantar PEN masuk harus dihubungkan ke rel atau terminal PE (lihat Gambar 3.13-3). Rel/terminal PE dibumikan. Di sebelah hilir rel/terminal PE, penghantar PE dan penghantar netral N harus terpisah. e) Setelah penghantar PEN masuk dipercabangkan/dipisahkan menjadi penghantar 2 9 netral dan penghantar proteksi PE, kedua penghantar ini tidak boleh dihubungkan lagi satu dengan lainnya. Dengan demikian penghantar netral tidak boleh dibumikan lagi. 3.13.2.16 Dalam sistem TN-S, jika penghantar N tidak dapat dipastikan selalu berada pada potensial bumi sepanjang umur instalasi, maka GPAL boleh memutus penghantar N sekurang-kurangnya di titik masuk PHB. CATATAN Dalam sistem TT atau IT maka GPAL harus memutus penghantar N. 3.13.2.17 Penghantar PEN tidak boleh diputuskan atau dihubungkan dengan sakelar secara tersendiri. Bila penghantar PEN itu dapat dihubungkan atau diputuskan bersama- sama dengan penghantar fasenya, maka pada saat dihubungkan, penghantar PEN nya harus terhubung lebih dahulu dan pada saat diputuskan penghantar PEN harus terputus paling akhir. Bila digunakan sakelar yang dapat membuka dan menutup dengan cepat (dengan sentakan), maka penghantar PEN dan fase boleh dihubungkan dan diputuskan serentak. CATATAN diperbarui. Hal ini berlaku hanya pada saat instalasi diganti atau Gambar 3.13-4 Contoh tipikal hubungan penghantar penghantar PEN ke rel atau terminal dalam PHB 3 0 proteksi dan Soal : dengan Pedoman Gambar 3.13-4 Puil 2000, gambarkan PHB dan Instalasi ke Beban 1. -Beban tiga phasa dengan Terminal beban L1,L2,L3, N dan PE -Beban satu phasa dengan Termina beban L2, N, dan PE Sistem Pembumian apakah system tersebut? TN atau TT? Panel 3 Phasaa Benan 1 phasa Beban tiga phasa 3.13.2.18 Pada penyambungan perlengkapan listrik dengan menggunakan kabel fleksibel harus dipilih kabel fleksibel yang mempunyai penghantar proteksi (perhatikan pula 3.6.2.2.e)2) dan Gambar 3.134). 3.13.2.19 Sebelum digunakan, keefektifan dari sistem TN harus diuji menurut 3.21. TNC – S Beberapa gangguaan pada system TNC – S , Kasus - 1 L1 L2 L3 N Kondisi normal tidak ada gangguan : IL2 RB __ __ __ __ __ __ __ __ __ L1 __ __ __ __ __ + __ VL1 VL 2 I __ M PEN R L RM R B __ Setelah __ ada gangguan __ I M I Total __ Putus VM I Total .RM __ __ __ RL __ __ __ __ __ __ Rangkaian ekivalen dari gambar di atas dan samaannya: __ __ __ IL2 __ + __ __ IL1 __ __ __ R L __ __ __ __ __ __ __ 3 I M __ __ __ __ __ 1 __ __ __ __ RM __ __ __ __ __ RM __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ RL Kasus - 2 L1 L2 L3 N Putus PEN Arus yang mengalir pada manusia : IM RB __ __ __ __ __ __ __ __ __ Rangkaian ekivalen dari gambar di atas dan __ persamaannya: __ L1__ IL1 __ __ __ __ RL + __ __ __ __ 3 2 __ __ RM __ __ Vs RL RM RB Tegangan pada manusia VM RL IM = IL__ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ IL Vs R L RM R B RM __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ RL Kasus - 3 L1 L2 L3 N RB __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ L1 __ __ + IL2 __ V V I L3 L3 L3 __ RB RM PEN __ __ Arus yang mengalir pada manusia: __ V I M L3 __ RM __ V __ I L1 L1 __ RL RL RM __ __ V V Putus M L 3 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ + __ Rangkaian ekivalen dari gambar di atas dan persamaannya: __ __ __ __ __ __ __ IL1 __ __ __ 3 __ __ __ 3 __ __ __ __ L3 RL __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ + IL3 __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ + RB __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ + IM __ R__ M __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ __ + __ __ + 3.14 Sistem IT atau sistem Penghantar Pengaman (sistem HP) 3.14.1 Umum 3.14.1.1 Dalam sistem IT instalasi harus diinsulasi dari bumi atau dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans yang cukup tinggi. Hubungan ini dapat dibuat pada titik netral sistem maupun pada suatu titik netral tiruan. Titik netral tiruan dapat dihubungkan secara langsung ke bumi jika impedans urutan nol yang dihasilkan cukup tinggi. Jika tidak ada titik netral, maka penghantar fase dapat dihubungkan ke bumi melalui suatu impedans. Arus gangguan bernilai rendah bila terjadi gangguan tunggal ke BKT atau ke bumi dan pemutusan tidak penting asalkan kondisi dalam 3.14.1.3 terpenuhi. Meskipun demikian, harus diambil tindakan untuk menghindari risiko efek patofisiologis yang berbahaya pada manusia yang tersentuh bagian konduktif yang dapat terjangkau secara simultan saat terjadinya dua gangguan secara simultan. 3.14.1.2 Penghantar aktif instalasi tidak boleh dihubungkan langsung ke 3 4 bumi CATATANUntuk mengurangi tegangan lebih atau untuk meredam osilasi tegangan, mungkin perlu menyediakan pembumian melalui impedans atau titik netral tiruan, dan karakteristiknya sebaiknya sesuai dengan persyaratan instalasi. 3.14.1.3 BKT harus dibumikan secara individu, dalam kelompok atau secara kolektif. CATATAN Dalam bangunan besar, seperti bangunan bertingkat tinggi, hubungan langsung penghantar proteksi ke elektrode bumi tidak mungkin dilaksanakan karena alasan praktis. Pembumian BKT dapat dicapai dengan ikatan antara penghantar proteksi, BKT dan BKE. CATATAN Pembumian tambahan dari PE pada instalasi dapat disediakan. 1) Sistem dapat dihubungkan ke bumi lewat impedans yang cukup tinggi. 2) Penghantar netral dapat terdistribusi atau tidak terdistribusi. Gambar 3.14-1 individu Sistem IT dengan BKT dibumikan secara kelompok atau 3.14.2 Persyarata n 3.14.2.1 Kondisi terpenuhi : berikut ini harus RA x Id ≤ 50 V dengan : 3 5 RA adalah resistans elektrode bumi untuk BKT, dalam Ω. Id adalah arus gangguan dari gangguan pertama dengan impedans yang dapat diabaikan (hubung pendek) antara penghantar fase dan BKT, dalam ampere. Nilai Id memperhitungkan arus bocor dan impedans pembumian total dari instalasi listrik. 3.14.2.2 Dalam hal dimana sistem IT dipergunakan untuk alasan kontinuitas suplai, maka sebuah gawai monitor insulasi harus disediakan untuk menunjukkan terjadinya gangguan pertama dari bagian aktif ke BKT atau ke bumi. Gawai ini harus dapat mengeluarkan sinyal yang dapat terdengar dan/atau terlihat. Jika kedua sinyal tersebut sama-sama ada, diizinkan untuk tidak memakai sinyal yang dapat terdengar, tetapi alarm visual harus terus-menerus bekerja selama terjadinya gangguan. CATATAN Direkomendasikan agar penundaan sesingkat mungkin. gangguan pertama dihilangkan dengan 3.14.2.3 Sesudah terjadinya gangguan pertama, kondisi untuk pemutusan suplai saat terjadinya gangguan kedua harus seperti berikut di bawah ini, tergantung apakah semua 3.14.2.6 Sirkit listrik tidak boleh dibumikan langsung. Pembumian melalui resistans yang cukup tinggi atau celah proteksi diperbolehkan. Bila dibumikan melalui resistans, resistans pembumian tersebut tidak boleh kurang dari 1000 Ω. 3.14.2.7 Semua BKT perlengkapan listrik, demikian pula BKT bagian konstruksi, jaringan pipa logam dan semua penghantar yang secara baik berhubungan dengan bumi, harus dihubungkan satu dengan yang lain secara baik dengan penghantar proteksi (perhatikan juga 3.6.2.2 d)). Tabel 3.14-1 Waktu pemutusan maksimum dalam sistem IT (gangguan kedua) Tegangan instalasi nominal Uo / U Waktu pemutusa n detik Netral Netral tidak terdistribus terdistribus i 0,8 5 i 0,4 0,8 0,2 0,4 0,1 0,2 120-240 volt 230/400 400/690 580/1000 CATATAN : a) Untuk tegangan yang berada dalam rentang toleransi yang dinyatakan dalam SNI 040227, berlaku waktu pemutusan sesuai dengan tegangan nominal. b) Untuk nilai tegangan antara, digunakan nilai yang lebih tinggi berikutnya dalam Tabel. 3.14.2.8 Pemasangan gawai monitor insulasi sesuai 3.14.2.2 (untuk memantau keadaan insulasi instalasi listrik) yang dapat memberikan isyarat yang dapat dilihat atau didengar bila keadaan insulasi turun di bawah minimum tertentu, dapat dilihat dalam Gambar 3.14-1. Bila gawai tersebut dari jenis yang terpasang antara setiap fase dan bumi maka impedans antara setiap fase dan bumi dari gawai tersebut 3 6 harus sama. Ini diperlukan untuk mencegah terjadinya tegangan antara netral dan bumi dalam keadaan normal. 3.14.2.9 Sebagai penghantar proteksi dapat digunakan penghantar yang berinsulasi dengan warna hijau-kuning dalam satu selubung dengan penghantar fasenya atau dapat pula terdiri dari penghantar yang terpisah (perhatikan pula ketentuan dalam 3.6.2.2 dan 7.2). 3.14.2.10 Luas penampang nominal penghantar proteksi harus sekurangkurangnya sesuai dengan Tabel 3.16-1 dan dengan ketentuan dalam 3.19, tetapi untuk besi tidak perlu lebih besar dari 120 mm2. L1 L2 L3 PE Z < M wai monitor isolasi Jaringan pipa air minum dari logam Gambar 3.14-2 Contoh sistem IT Resistans pembumian dari seluruh sistem IT tidak boleh lebih besar dari 50 Ω. Bila nilai ini tidak dicapai, meskipun sudah digunakan elektrode bumi tambahan, maka tegangan antara penghantar proteksi dan bumi harus diproteksi dengan gawai proteksi yang memutus sirkit bila tegangan antara penghantar proteksi dan bumi lebih dari 50 Volt. 3.15.3 Contoh pemasangan Gawai Proteksi Arus Sisa (GPAS) 3.15.3.1 Pada sistem TN dengan penghantar PEN (lihat Gambar 3.15-2). PEN GPAL Ia 3 7 L Ia GPAS N U 1 Bagia n Kond uktif Ekstra PE Keterangan GPAL = Gawai proteksi arus-lebih GPAS = Gawai proteksi arus-sisa Gambar 3.15-2 Pemasangan GPAS pada sistem yang penghantar PEN (sistem TN) mempunyai 3.15.3.2 Pada sistem TT (lihat Gambar 3.15-3) GPAL PEN GPAS L N R E Gambar 3.15-3 Pemasangan GPAS pada sistem TT 3 8 Tabel 3.16-1 Luas penampang minimum penghantar fase 1 Jenis sistem pengawatan 2 Penggunaan sirkit Kabel dan penghanta Instalasi r berinsulasi magun Penghantar (terpasang polos tetap) Sambungan fleksibel dengan penghantar berinsulasi dan kabel Sirkit daya dan pencahayaan Sirkit sinyal dan kendali Sirkit daya Sirkit sinyal dan kontrol 3 Penghantar Bahan Luas penam 2 Tembaga 1,5 mm Aluminium 2,5 (lihat CATATA Tembaga 0,5 (lihat CATATA Tembaga Aluminium Tembaga Untuk peranti spesifik Untuk setiap Tembaga penerapan lainnya Sirkit tegangan ekstra rendah untuk penerapan khusus 10 16 4 Seperti ditentukan dalam standar IEC yang relevan 0,75 (lihat CATATA 0,75 CATATAN : 1 Konektor yang digunakan untuk terminasi penghantar aluminium harus diuj disahkan untuk penggunaan spesifik ini. 2 Dalam sirkit sinyal dan kendali yang dimaksudkan untuk perlengkapan elekt diizinkan menggunakan luas penampang minimum 0,1 mm2. 3 Dalam kabel fleksibel multiinti yang terdiri atas tujuh inti atau lebih, be CATATAN 2. untuk sistem TT, TN dan IT 3.17 Rekomendasi Jenis sistem Pembumian Proteksi tambahan terhadap sentuh langsung Gawai proteksi untuk sentuh tak langsung saja Gawai proteksi untuk bahaya kebakaran saja Rekomendasi Contoh pen 1.Sistem TT GPAS 30 mA GPAS ≤ 300 mA proteksinya lengkap, GPAS ≤ 500 mA Bila direkomendasi-kan untuk instalasi dengan risiko bahaya dan gangguan paling kecil, termasuk masalah kesesuaian elektromagnet (KEM atau EMC) Semua perkantoran yang meme yang hand gedung pinta komputer, telekomunika 2.Sistem TN-S GPAS 30 mA GPAL atau GPAS ≤ 0,4 detik GPAS ≤ 500 mA Seperti sistem TT Seperti sistem 3.Sistem TN-C Tidak bisa Dilarang karena risiko sentuh langsung dan kebakaran tinggi serta mempunyai masalah KEM GPAL ≤ 0,4 detik Tidak bisa 4.SistemTN-C- GPAS S 30 mA GPAL atau GPAS ≤ 0,4 detik penghantar netral Untuk rumah GPAS ≤ 500 mA Dengan dihubungkan dengan penghantar dan perkant proteksi di PHB konsumen, serta peka terhada dibumikan, merupakan sistem yang umum berlaku di Indonesia 5.Sistem IT Gawai monitor insulasi. GPAL atau GPAS ≤ 0,4 detik (untuk gangguan kedua) GPAS ≤ 500 mA Direkomendasikan jika kontinuitas Untuk ruang suplai menjadi kebutuhan utama sakit, dan perkantoran k GPAS 30 mA Keterangan a) GPAS : Gawai Proteksi Arus Sisa; GPAL : Gawai Proteksi Arus lebih. b) Untuk proteksi dengan mempergunakan lebih dari satu jenis gawai proteksi, maka perlu diperhatikan koordinasinya. pembumian Elektroda pembumian adalah penghantar yang ditanam dalam tanah dan membuat kontak langsung dengan tanah. Adanya kontak langsung tersebut bertujuan agar diperoleh pelaluan arus yang sebaik-baiknya apabila terjadi gangguan sehingga arus tersebut disalurkan ke tanah. Menurut PUIL 2000 [3.18.11], elektroda adalah pengantar yang ditanamkan ke dalam tanah yang membuat kontak lansung dengan tanah. Untuk bahan elektroda pembumian biasanya digunakan bahan tembaga maupun baja yang bergalvanis atau dilapisi tembaga sepanjang kondisi setempat tidak mengharuskan memakai bahan lain misalnya pada perusahaan kimia. Elektroda juga dapat diartikan sebagai penghantar yang ditanam dalam bumi dan membuat kontak langsung dengan bumi. Penghantar bumi yang tidak berisolasi yang ditanam dalam bumi dianggap sebagai bagian dari elektroda bumi. R = K ῤ/2Π l . f batang dimana f = faktor penanaman yang lebih dari satu K= Ln l/r l = kedalaman batang dalam meter r = jari jari batang dalam meter 𝜌= rho tanah dalam ohmmeter Elektroda batang yaitu elektroda dari pipa atau besi baja profil yang dipancangkan ke dalam tanah.3 Elektroda ini merupakan elektroda yang pertama kali digunakan dan teori-teori berawal dari elektroda jenis ini. Elektroda ini banyak digunakan pada gardu induk. Secara teknis, elektroda jenis ini mudah pemasangannya dan tidak memerlukan lahan yang luas. Pemasangannya dipancangkan ke dalam tanah secara vertikal. 3 BSN, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 Pasal 3.18.2.2 WASHER Elektroda batang biasanya ditanam dengan kedalaman yang cukup dalam. Panjang elektroda yang digunakan sesuai dengan pembumian yang diperlukan. Gambar 2.20 menunjukkan elektroda batang yang dipancangkan ke tanah. Gambar 2.20 Elektroda Batang4 This resistansi is : R = ρ / 2πr with r = 0,2 m ( about 8 in) and ρ = 100 Ώ-m then R = 80 Ώ the greet majority of the resistance is located at the electrode surface where the current density is highest, and 4 Daman Suswanto, Sistem Distribusi Tenaga Listrik Hal 177 Figure 18.11 Current And Voltage Distribution Of Hemispherial Earth Electrode EARTH ELECTRODE RESISTANCE 47.5 25 1500 OR AS REQUIRED TOUGHENED STELL GALVANISED MILD STELL ROD DRIVING HEAD DIMRNSION IN MILIMETER HARDENED STILL TIP FIGURE 18.13 TYPICAL EARTH ROD ELECTRODE Single rod R = kρ/2πl where k depents on the ratio l/r and has the value l/r 20 200 2000 20000 K 3 5.3 7.6 9.9 R = kρ/2πl Dimana: K= Ln l/r …………..(1*) l = kedalaman batang dalam meter r = jari jari batang dalam meter 𝜌= rho tanah dalam ohm-meter Elektroda Plat Elektroda plat adalah elektroda dari plat logam. Pada pemasangannya elektroda ini dapat ditanam tegak lurus atau mendatar tergantung dari tujuan penggunaannya. Bila digunakan sebagai elektroda pem bumian pengaman maka cara pemasangannya adalah tegak lurus dengan kedalaman kira-kira 1 meter di bawah permukaan tanah dihitung dari sisi plat sebelah atas. Bila digunakan sebagai elektroda pengatur yaitu mengatur kecuraman gradien tegangan guna menghindari tegangan langkah yang besar dan berbahaya, maka elektroda plat tersebut ditanam mendatar.5 Elektroda plat bila dipasang secara vertikal terlihat pada gambar 2.21 berikut. Gambar 2.21 Elektroda Plat Dipasang Vertikal Elektroda Pita Elektroda seperti gambar 2.22 berikut merupakan logam yang mempunyai penampang yang berbentuk pita atau dapat juga berbentuk bulat, pita yang dipilin atau dapat juga berbentuk kawat yang dipilin. Elektroda ini dapat ditanam 5 Daman Suswanto, Sistem Distribusi Tenaga Listrik Hal 178 secara dangkal pada kedalaman antara 0,5 sampai 1 meter dari permukaan tanah, tergantung dari kondisi dan jenis tanah. Dalam pemasangannya elektroda pita ini dapat ditanam dalam bentuk memanjang, radial, melingkar atau kombinasi dari lingkaran dan radial. Gambar 2.22 Elektroda Pita6 Elektroda Lain Bila persyaratan dipenuhi jaringan air minum dari logam dan selubung logam kabel yang tidak diisolasi yang langsung ditanamkan ke dalam tanah. Besi tulang beton atau kontruksi baja bawah tanah lainnya boleh dipakai untuk elektroda. Konfigurasi Penanaman Elektroda Batang a. Satu Buah Elektroda Batang Ditanam Tegak Lurus 6 BSN, Persyaratan Umum Instalasi Listrik 2000 Pasal 3.18.2.1 Elektroda batang merupakan bahan penghantar yang membawa muatan listrik yang terdistribusi atau menyebar disekitar elektroda batang. Satu buah elektroda batang dipasang tegak lurus seperti pada gambar 2.23 L Gambar 2.23 Satu Elektroda Batang Ditanam Tegak Lurus Resistansi pembumian dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: 𝜌 𝑅 = 𝑘. 2𝜋𝑙 (2) Dengan 𝑘 = 𝑙𝑛 𝑙 𝑟 (3) l = panjang elektroda batang (m) r = jari-jari elektroda batang (m) ρ = resistansi jenis tanah (ohm-m) b. Multi Elektroda Pada struktur tanah yang memiliki resistansi jenis tanah yang tinggi, beberapa elektroda ditanam didalam tanah guna menurunkan nilai resistansi pembumian. Berbagai jenis konfigurasi penanaman elektroda batang lebih dari satu dan faktor penanaman yang lebih dari satu batang (f) diuraikan sebagai berikut: Dua Elektroda Ditanam Sejajar Dua buah elektroda batang ditanam sejajar didalam tanah dengan jarak antar elektroda ‘L’ seperti terlihat pada gambar 2.24 dengan besar f diuraikan pada persamaan sebagai berikut L Gambar 2.24 Dua Elektroda Batang Ditanam Sejajar 𝑓= 1+𝑚 (4) 2 Tiga Elektroda Batang Ditanam Sejajar Jika tiga buah elektroda batang ditanam sejajar dalam permukaan tanah membentuk susunan seperti gambar 2.25 dengan jarak anatar elektroda adalah ‘L’ maka faktor penanamannya dapat diuraikan dengan persamaan (5) berikut L L Gambar 2.25 Tiga Buah Elektroda Sejajar 𝑓= 1−2𝑚2 +𝑛 3−4𝑚+𝑛 (5) Tiga Elektroda Batang Ditanam Berbentuk Segitiga Jika tiga buah elektroda batang dalam permukaan tanah membentuk susunan geometris segitiga sama sisi dengan panjang sisi 'L’ seperti pada gambar 2.26, maka faktor penanamannya dapat ditentukan dengan persamaan (6) sebagai berikut: L L L Gambar 2.26 Tiga Buah Elektroda berbertuk segitiga 𝑓= 1+2𝑚 (6) 3 Empat Elektroda Batang Ditanam Berbentuk persegi Empat buah elektroda batang disusun membentuk susunan geometris segi empat kosong terlihat dalam gambar 2.27 dibawah ini. Faktor penanamannya ditentukan dengan persamaan (7) berikut. L L Gambar 2.27 Empat Elektroda Batang Ditanam Berbentuk Persegi 𝑓= 1+2𝑚+𝑞 4 (7) Lima Elektroda Batang Ditanam Berbentuk Lingkaran Lima buah elektroda batang disusun membentuk susunan lingkaran berisi seperti terlihat dalam gambar 2.28 dibawah ini. Faktor penanamannya dapat ditentukan dengan persamaan (8) berikut. L L Gambar 2.28 Lima Elektroda Batang Ditanam Berbentuk Lingkaran 𝑓= 1+2𝑞+𝑛−4𝑚2 5+2𝑞+𝑛−8𝑚 (8) Nilai resistansi pembumian untuk semua konfigurasi multi elektroda dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: 𝜌 𝑅 = 𝑘. (2𝜋𝑙) . 𝑓 (9) Dimana f adalah faktor penanaman yang lebih dari satu untuk masing-masing konfigurasi sesuai persamaan (4), (5), (6), (7) dan (8). Formula-formula berikut berlaku untuk persamaan (4), (5), (6), (7) dan (8). 𝑚= 𝑥= 𝑛= ln(𝑥) 𝑘 (𝑙+𝐿) 𝐿 ln(𝑦) 𝑘 𝑦 = (𝑙 + 2𝐿)2𝐿 𝑞= 𝑧= ln(𝑧) 𝑘 (𝑙+√2𝐿) √2𝐿 (10) (11) (12) (13) (14) (15) Resistansi Jenis Tanah Faktor keseimbangan antara resistansi pengetanahan dan kapasitansi di sekelilingnya adalah resistansi jenis tanah (ρ). Harga resistansi jenis tanah pada daerah kedalaman yang terbatas tidaklah sama. Beberapa faktor yang mempengaruhi resistansi jenis tanah yaitu:7 1. Pengaruh Keadaan Struktur Tanah Kesulitan yang biasa dijumpai dalam mengukur resistansi jenis tanah adalah bahwa dalam kenyataannya komposisi tanah tidaklah homogen pada seluruh volume tanah, dapat bervariasi secara vertikal maupun horizontal, sehingga pada lapisan tertentu mungkin terdapat dua atau lebih jenis tanah dengan resistansi jenis yang berbeda, oleh karena itu resistansi jenis tanah tidak dapat diberikan sebagai suatu nilai yang tetap. Untuk memperoleh harga sebenarnya dari resistansi jenis tanah, harus dilakukan pengukuran langsung ditempat dengan memperbanyak titik pengukuran. Nilai resistansi jenis tanah sangat berbeda-beda bergantung pada jenis tanah seperti ditunjukkan pada Tabel 2.1 berikut 7 Daman Suswanto, Sistem Distribusi Tenaga Listrik Hal 171 Tabel 2.1. Resistans Jenis Tanah 1 Jenis tanah 2 Tanah rawa Resistansi jenis (Ωm) 30 3 4 Tanah Pasir liat & basah tanah ladang 100 200 5 Kerikil basah 500 6 7 Pasir & Tanah kerikil berbatu kering 1000 3000 (Sumber : PUIL 2000 ) Pengaruh Unsur Kimia Kandungan zat-zat kimia dalam tanah terutama sejumlah zat organik maupun anorganik yang dapat larut perlu untuk diperhatikan pula. Didaerah yang mempunyai tingkat curah hujan tinggi biasanya mempunyai resistansi jenis tanah yang tinggi disebabkan garam yang terkandung pada lapisan atas larut. Pada daerah yang demikian ini untuk memperoleh pembumian yang efektif yaitu dengan menanam elektroda pada kedalaman yang lebih dalam dimana larutan garam masih terdapat. Untuk mendapatkan resistansi jenis tanah yang lebih rendah, sering dicoba dengan mengubah komposisi kimia tanah dengan memberikan garam pada tanah dekat elektroda pembumian ditanam. Cara ini hanya baik untuk sementara sebab proses penggaraman harus dilakukan secara periodik, sedikitnya 6 (enam) bulan sekali. Pengaruh Iklim Untuk mengurangi variasi resistansi jenis tanah akibat pengaruh musim, pembumian dapat dilakukan dengan menanam elektroda pembumian sampai mencapai kedalaman dimana terdapat air tanah yang konstan. Kadangkala pembenaman elektroda pembumian memungkinkan kelembaban dan temperatur bervariasi sehingga harga resistansi jenis tanah harus diambil untuk keadaan yang paling buruk, yaitu tanah kering dan dingin. Proses mengalirnya arus listrik di dalam tanah sebagian besar akibat dari proses elektrolisa, oleh karena itu air di dalam tanah akan mempengaruhi konduktivitas atau daya hantar listrik dalam tanah tersebut. Dengan demikian resistansi jenis tanah akan dipengaruhi pula oleh besar kecilnya konsentrasi air tanah atau kelembaban tanah, maka konduktivitas daripada tanah akan semakin besar sehingga resistansi tanah semakin kecil. Pengaruh Temperatur Tanah Temperatur tanah sekitar elektroda pembumian juga berpengaruh pada besarnya resistansi jenis tanah. Hal ini terlihat sekali pengaruhnya pada temperatur di bawah titik beku air (0°C), dibawah harga ini penurunan temperatur yang sedikit saja akan menyebabkan kanaikan harga resistansi jenis tanah dengan cepat. Gejala di atas dapat dijelaskan sebagai berikut ; pada temperatur di bawah titik beku air (0°C) , air di dalam tanah akan membeku, molekulmolekul air dalam tanah sulit untuk bergerak, sehingga daya hantar listrik tanah menjadi rendah sekali. Bila temperatur anah naik, air akan berubah menjadi fase cair, molekul-molekul dan ion-ion bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah menjadi besar atau resistansi jenis tanah turun. CONTOH Dengan menggunakan persamaan (2) dan persamaan (3) kita dapat mengetahui besar resistansi jenis tanah berdasarkan teori: Dik R = 159,6 Ω l r =6m = 9,5 x 10-3 m Dit 𝜌.....? Jwb 𝑘 = 𝑙𝑛 𝑙 𝑟 6 9,5𝑥10−3 𝑘 = 6,4 𝑘 = 𝑙𝑛 𝜌 2𝜋𝑙 𝑅 (2𝜋𝑙) 𝜌= 𝑘 159,6 (2. 𝜋. 6) 𝜌= 6,4 5970,13 𝜌= 6,4 𝛒 = 𝟗𝟑𝟐, 𝟖𝟑𝟑 Ω-m 𝑅 = 𝑘. Resistansi pembumian Resistansi pembumian meliputi: a. Resistansi pembumian dari elektroda tanah tergantung pada jenis dan keadaan tanah atau nilai resistans jenis. b. Resistansi pembumian suatu elektroda harus dapat diukur. Untuk keperluan tersebut penghantar yang menghubungkan setiap elektroda tanah atau susunan elektroda tanah harus dipasang sambungan yang dapat dilepas untuk keperluan pengujian resistansi pembumian, pada tempat yang mudah dicapai dan sedapat mungkin memanfaatkan sambungan yang karena susunan instalasi memang harus ada. c. Sambungan penghantar tanah dengan elektroda tanah harus kuat secara mekanis dan menjamin hubungan listrik dengan baik, misalnya dengan menggunakan las, klem, atau baut kunci yang tidak mudah lepas. Klem pada elektroda pipa harus menggunakan baut dengan diameter minimal 10 mm. Jika keadaan tanah sangat korosif atau jika digunakan elektroda baja yang tidak digalvanisai, dianjurkan untuk menggunakan luas penampang atau tebal sekurang-kurangnya 150%, dari ukuran diatas. Logam ringan hanya boleh ditanam dalam satu jenis tanah jika lebih tahan korosi daripada baja atau tembaga. Permukaan elektroda bumi harus berhubungan baik dengan tanah sekitarnya. Batu dan kerikil yang langsung mengenai elektroda bumi memperbesar resistansi pembumian. Elektroda batang dimasukan tegak lurus kedalam tanah dan panjangnya disesuaikan dengan resistansi pembumian yang diperlukan. Resistansi pembumiannya sebagian besar tergantung pada panjangnya dan sedikit bergantung pada ukuran penampangnya. Jika beberapa elektroda diperlukan untuk memperoleh resistansi pembumian yang rendah, jarak antara elektroda tersebut minimum harus dua kali panjangnya. Jika elektroda tersebut tidak bekerja efektif pada seluruh panjangnya, maka jarak minimum antara elektroda harus dua kali panjang efektifnya. Resistansi pembumian total seluruh sistem tidak boleh lebih dari 5 ohm. Untuk daerah yang resistansi jenis tanahnya sangat tinggi, resistansi pembumian total seluruh sistem boleh mencapai 10 ohm. (Sumber: PUIL 2000) Ukuran minimum elektrode dapat dipilih menurut Tabel 2.2 berikut dengan memperhatikan pengaruh korosi dan KHA. Tabel 2.2. Ukuran Minimum Elektrode Bumi 1 No Bahan jenis elektrode 1 Elektrode pita 2 -Baja digalvanisasi dengan proses pemanasan -Pita baja 100 mm² setebal minimum 3 mm 3 Baja berlapis tembaga 50 mm² Tembaga Pita tembaga 50 mm² tebal minimum 2 mm -Penghantar pilin 95 mm² (bukan kawat halus) 2 3 Elektrode batang Elektrode plat Penghantar pilin 35 mm² (bukan kawat halus) -pipa baja 25 mm -baja profil (mm) L 65x65x7 Baja berdiameter 15 mm U 6,5 T 6x50x3 -batang profil lain yang setaraf dilapisi tembaga setebal 250 μm Pelat besi tebal 3 mm luas 0,5 m² sampai 1 m² Pelat tembaga tebal 2 mm luas 0,5 m² sampai 1 m² (Sumber : PUIL 1987) CONTOH 1 Jenis Electrode 2 3 4 Pita atau penghantar pilin 5 Panjang (m) Resistans pembumian (Ω) 6 7 Batang atau pipa 8 9 10 11 Pelat vertikal dengan sisi atas ± 1 m dibawah permukaan tanah Ukuran (m 2) 2 3 5 0,5x1 40 30 20 35 Panjang (m) 10 25 50 100 20 10 5 3 𝜌 𝑅 = 𝑘. 2𝜋𝑙 1 70 1x1 25 (2) Dengan 𝑘 = 𝑙𝑛 𝑙 𝑟 (3) l = panjang elektroda batang (m) r = jari-jari elektroda batang (m) ρ = resistansi jenis tanah (ohm-m) DARI TABEL 2.2 maka r = 15/2 =7,5 x 10 -3 m l = 1 m K=ln L/r K=ln (103 /7,5 ) K = 4,89 R = 77 ῼ Elektroda pembumian Jenis elektroda pembumian yang digunakan adalah elektroda batang. Elektroda batang yang digunakan di PLN Rayon Kuala adalag ground rod copper bond (besi berlapis tembaga) dan pipa besi galvanis. Ground rod biasanya berukuran 1,5 meter sampai 3 meter. Sedangkan pipa besi galvanis panjangnya mencapai 6 meter. Penulis memilih menggunakan pipa besi galvanis karena memiliki ukuran yang lebih panjang untuk membantu mendapatkan nilai resistansi pembumian yang kecil. Pipa besi galvanis adalah pipa besi yang menggunakan material seng (Zn) sebagai bahan tambahan maupun sebagai pelapis pipa utamannya dengan menggunakan metode galvanisasi untuk mecegah korosi. Pipa besi galvanis dapt diperlihatkan pada gambar 4.2 berikut. Pipa yang digunakan dengan data sebagai berikut Panjang pipa : 6 meter Jari-jari pipa : 9,5 x 10-3 m Gambar 4.2 Pipa Galvanis Sebagai Elektroda Batang: Kawat AAAC 70 mm2 Kawat penghantar yang digunakan di PLN Rayon Kuala adalah jenis AAAC. Kawat ini digunakan untuk menghubungkan semua batang elektroda yang akan ditanam dengan kawat grounding pada gardu. Kawat AAAC (AllAlumunium-Alloy Conductor), yaitu kawat penghantar yang seluruhnya terbuat dari campuran alumunium. Kawat ini merupakan penghantar telanjang tanpa isolasi. Kawat yang menghubungkan sirkuit ke batang grounding dibiarkan telanjang (tanpa isolasi), agar material logam yang mengenainya akan samasama menjadi common (netral) dengan bumi secara elektris. Gambar 4.3 berikut menunjukkan kawat AAAC. Gambar 4.3 Kawat A3C Kabel schoen (sepatu kabel) 70 mm2 Kabel schoen adalah salah satu accessories kabel yang berfungsi untuk penyambungan kabel ke terminal atau panel dengan dibautkan pada bussbar atau panel. Kabel Schoen dipres menggunakan tang press. Gambar 4.4 Kabel Schoen H-type 70 mm2 Untuk menyambung antara dua penghantar, secara umum dipakai material penyambung yang disebut Connector. Prinsip, fungsi dan tujuan utama dari Connector jenis H-type ini adalah menyatukan dua penghantar sedemikian rupa sehingga tahanan kontak penyambungan itu menjadi sangat kecil atau sama dengan nol. Sama halnya dengan kabel schoen, setelah kawat menghantar diposisikan dengan benar, H-type dipress menggunakan tang press di bangian tengah. Gambar 4.5 H-type Sebagai Connector Rangkuman • Penelitian arus listrik 50 mA adalah batas aman bagi manusia. • Tahanan tubuh manusia rata-rata 1.000 , arus aman tubuh manusia 50 mA, maka besarnya tegangan sentuh aman 50 Volt. • Kode IP (International Protection) peralatan listrik menunjukkan tingkat proteksi yang diberikan oleh selungkup dari sentuhan langsung ke bagian yang berbahaya, dari masuknya benda asing padat dan masuknya air. • Pekerjaan perbaikan instalasi listrik disarankan tegangan listrik harus dimatikan dan diberikan keterangan sedang dilakukan perbaikan. • Gangguan listrik adalah kejadian yang tidak diinginkan dan mengganggu kerja alat listrik. • Jenis gangguan listrik terjadi karena kerusakan isolasi kabel. 1. Pertama gangguan hubung singkat antarphasa L1-L2-L3. 2. Kedua gangguan hubung singkat Pemutus Daya. 3. Ketiga gangguan hubung singkat antarphasa setelah pemutus daya. 4. Keempat hubung singkat phasa dengan tanah. 5. Kelima kerusakan isolasi belitan stator motor, sebagai akibatnya terjadi tegangan sentuh jika badan alat dipegang orang. • Jenis pembumian sistem untuk sistem tiga phasa secara umum dikenal tiga sistem, yaitu TN, TT dan IT. • Sistem TN-S fungsi penghantar proteksi PE terpisah diseluruh sistem Gambar 11.21a. Titik netral dibumikan di RB. • Sistem TN-C-S fungsi penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE) digabungkan dalam penghantar tunggal. • TN-C fungsi penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE) tergabung dalam penghantar tunggal PEN. • Sistem pembumian TT mempunyai satu titik yang dibumikan langsung (RB). • Sistem pembumian TN-C-S penghantar netral (N) dan penghantar proteksi (PE) digabungkan dalam penghantar tunggal. • ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker) adalah pemutus yang peka terhadap arus sisa, yang dapat memutuskan sirkit termasuk penghantar netralnya secara otomatis. • Sistem pembumian IT, instalasi harus diisolasi dari bumi atau dihubungkan ke bumi melalui suatu impedansi yang cukup tinggi RB. • Dalam isolasi ganda ada dua jenis isolasi, bagian aktif diisolasi dengan isolasi dasar, bagian luarnya diberikan isolasi kedua yang menjamin tidak akan terjadi tegangan sentuh. • Tindakan pengamanan dengan cara pemisahan sirkit listrik antara pemasok dengan sirkit beban dengan transformator pemisah. • Pengukuran tahanan pembumian dapat dilakukan dengan cara sederhana dengan menggunakan alat ukur Megger. • Pengukuran tahanan isolasi lantai dapat digunakan metoda pengukuran Ampermeter dan Voltmeter. Soal-Soal 1. Jelaskan pentingnya sistem pengamanan dalam instalasi listrik. 2. Dikenal bahaya tegangan sentuh langsung dan tidak langsung, jelaskan kedua istilah tersebut dan berikan contohnya. 3. Ketika tersengat listrik ada orang yang kaget, ada yang pingsan dan bahkan ada korban jiwa. Mengapa terjadi hal demikian? 4. Mengapa tegangan 50V dianggap aman bagi tubuh manusia? jelaskan. 5. Bodi motor listrik sebaiknya diketanahkan. Mengapa hal tersebut dilakukan? 6. Trafo pemisah dapat menjadi alat pengamanan. Mengapa hal tersebut bisa terjadi? 7. Gambarkan skematik pengukuran tahanan pembumian instalasi rumah tinggal. Jelaskan prosedur dan urutannya dengan benar. Bahan diskusi Instalasi Pengaman sm V POLMED oleh Martin S ,MT. 62