naskah publikasi - Universitas Muhammadiyah Surakarta

advertisement
NASKAH PUBLIKASI
EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN
GARDU INDUK 150 KV JAJAR
Diajukan oleh:
HANGGA KARUNA
D 400 100 002
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
2014
LEMBAR PENGESAHAN
Karya ilmiah dengan
judul “EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM
PENTANAHAN GARDU INDUK 150 KV JAJAR” ini diajukan oleh :
Nama
: Hangga Karuna
NIM
: D400 100 002
Guna memenuhi salah satu syarat untuk menyelesaikan program Sarjana StrataSatu (S1) pada Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas
Muhammadiyah Surakarta, telah diperiksa dan disetujui pada :
Hari
:
Tanggal
:
Mengetahui
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
(Agus Supardi, ST, MT)
(Hasyim Asy’ari, ST, MT)
EVALUASI KEAMANAN PADA SISTEM PENTANAHAN GARDU
INDUK 150 KV JAJAR
Hangga Karuna
Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Jl. A. Yani tromol pos 1 pabelan kartasura surakarta
[email protected]
ABSTRAKSI
Dasar sistem pentanahan adalah menghubungkan bagian konduktif dengan tanah. Pengoperasian sistem
tenaga listrik, selalu diupayakan agar peralatan-peralatan bekerja pada kondisi normal. Pelaksanaan
penelitian ini dikarenakan ingin mengetahui berapa nilai terjadinya gangguan tegangan pada Gardu
Induk Jajar 150 KV dan perbandingan antara tegangan yang sebenarnya dengan tegangan yang
diijinkan yang sangat berbahaya bagi manusia khususnya para pekerja di daerah sekitar Gardu induk
jajar 150 KV.
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Februari sampai dengan bulan april pada tahun 2014. Beberapa
peralatan yang digunakan antara lain seperti Earth Tester, Thermal Imager dan High Voltage Insulation
Tester dan tidak lupa juga perizinan di Gardu Induk Jajar dari kantor Pusat Area Pelaksana dan
Pemeliharaan Salatiga. Pengumpulan data dan analisis data dilakukan dengan cara memasukkan data,
kemudian dihitung dengan rumus yang berdasarkan teori yang dibahas.
Untuk perhitungan tahanan resistant pentanahan di Gardu Induk Jajar dapat diketahui dengan hasil 0,3
ohm, harga resistant pentanahan ini cukup standar tetapi resistant pentanahan 0,3 ohm ini belum tentu
terjamin keamanannya untuk arus hubung singkat yang lebih besar. Penelitian ini juga dapat mengetahui
beberapa perbandingan dan selisih dari tegangan yang diijinkan dengan tegangan yang sebenarnya
pada Gardu Induk 150 KV Jajar dengan beberapa teori yang digunakan di dalam penelitian ini.
Kata kunci : sistem pentanahan, gardu induk, tegangan diijinkan, tegangan sebenarnya
1.
Pendahuluan
Pengoperasian sistem tenaga listrik,
selalu diupayakan agar peralatan-peralatan
bekerja dalam kondisi normal. Pada
kenyataanya sering terdapat suatu kondisi
yang menggangu kerja peralatan-peralatan
tersebut yang disebut sebagai kondisi
abnormal atau gangguan. Terjadinya
gangguan
sangat
merugikan
bagi
kelangsungan dan kelancaran sistem tenaga
listrik. Bukan hanya peralatan tertentu yang
terganggu namun juga menggangu kerja
peralatan-peralatan lainnya dalam suatu
sistem tenaga listrik. Gardu induk sebagai
salah satu bagian sistem tenaga listrik yang
mempunyai fungsi amat penting dalam
penyaluran tenaga listrik dari pusat
pembangkit menuju beban. Apabila dikaitkan
dengan keandalan sistem pelayanan maka
sistem tenaga listrik harus mampu
memberikan keamanan yang baik bagi
peralatan yang terpasang maupun bagi
makhluk hidup yang berada di sekitar gardu
induk tersebut.
Sistem pentanahan tenaga listrik baik
pentanahan titik netral maupun pentanahan
perlengkapan mempunyai pengaruh dalam
kelancaran dan keamanan sistem tersebut,
terutama dalam keadaan gangguan yang
berhubungan dengan tanah, dan diharapkan
dengan satu metode cara pentanahan dapat
mengurangi kerugian yang ditimbulkan oleh
gangguan
petir
sehingga
menjamin
keandalan dan keamanan penyaluran tenaga
listrik.
Pelaksanaan penelitian ini dikarenakan
ingin mengetahui berapa nilai terjadinya
gangguan tegangan pada Gardu Induk Jajar
150 KV yang sangat berbahaya bagi manusia
khususnya para pekerja di daerah sekitar
Gardu induk jajar 150 KV. Maka dari itu,
analisa sistem tegangan akan dibahas dalam
penelitian ini. Untuk memenuhi tuntutan di
atas maka tugas akhir dengan judul “Evaluasi
Keamanan pada Sistem Pentanahan Gardu
Induk 150 KV Jajar” diharapkan dapat
memberikan suatu nilai tambah bagi sistem
pentanahan gardu induk
2.
2.1
Metode Penelitian
Jadwal Penelitian
Penelitian dengan judul Evaluasi
Keamanan pada Sistem Pentanahan Gardu
Induk 150 KV Jajar dapat diselesaikan dalam
waktu 4 bulan yaitu mulai dari studi literatur,
pembuatan proposal sampai analisa data dan
pembuatan.
2.2
Tahap Studi Literatur
Studi literatur adalah kajian penulis
atas referensi-referensi yang ada baik berupa
buku maupun karya-karya ilmiah yang
berhubungan dengan penulisan penelitian ini.
Dalam tahap ini,penulis mengkaji karyakarya ilmiah yang berhubungan dengan
keamanan sistem pentanahan yang berada di
gardu induk jajar.
a. Menghitung resistans jenis tanah.
b. Menghitung arus fibrilasi.
c. Menghitung tegangan sentuh yang
diijinkan.
d. Menghitung tegangan sentuh yang
sebenarnya.
e. Menghitung tegangan langkah yang
diijinkan.
f. Menghitung tegangan langkah yang
sebenarnya.
g. Menghitung tegangan pindah.
2.5 Peralatan yang dipakai
Alat dan bahan yang digunakan dalam
penelitian ini antara lain :
a. Earth Tester digunakan untuk mengukur
atau mengetahui resistansi sistem
pentanahan.
b. Thermal Imager digunakan untuk
mengetahui suhu maksimum konduktor.
c. High
Voltage
Insulation
Tester
digunakan untuk mengukur tegangan
pada PMT, PMS dan Trafo.
2.6
Flowchart Penelitian
2.3
Pengumpulan Data
Data masukan dari sistem pentanahan
gardu induk jajar adalah resistans
pentanahan, lama waktu gangguan, jarak
antara
konduktor-konduktor
paralel,
kedalaman penanaman konduktor grid,
diameter batang pentanahan, suhu maksimum
konduktor, jumlah batang dan serta panjang
rod.
2.4
Tahap Pengolahan Data
Analisis
pengolahan
data akan
dimasukkan ke dalam teori yang menghitung
antara lain :
Gambar 1. Flowchart penelitian
3.
Hasil dan Pembahasan
Sistem pentanahan di Gardu Induk
Jajar menggunakan konduktor yang ditanam
secara horisontal dengan bentuk mesh (jaring
laba-laba). Konduktor pentanahan terbuat
dari batang tembaga keras dan memiliki
konduktivitas yang cukup tinggi dari kabel
tembaga yang dipilih (Copper Rope Tinned).
Konduktor ini ditanam sedalam kira-kira 400
cm dan batas atas rod kurang lebih 25 cm
dari pondasi peralatan. Kisi-kisi pentanahan
bersambung satu dengan yang lainnya dan
dihubungkan dengan batang pentanahan yang
terdiri dari batang tembaga. Batang tembaga
ini berdiameter 550 mm dengan panjang
batang itu sendiri, selanjutnya batang
pentanahan ini disebut titik pentanahan.
Hasil dari pengukuran resistans
pentanahan adalah 0,3 ohm dari bulan
februari sampai april.
Penelitian ini menentukan beberapa analisis
di antara lain :
3.1
Jenis Tanah
Resistansi
elektroda
pentanahan
tergantung pada kedalaman serta luas
permukaan elektroda, serta resistansi jenis
tanah. Gardu Induk Jajar jenis tanahnya
berupa batu-batu kerikil basah dan kering
(standar tanah di daerah switchyard gardu
induk), oleh karena itu di dalam pembahasan
resistant jenis tanah di Gardu Induk Jajar
diambil menurut tabel 1 yang batu-batu
keriki basah serta pasir dan batu kerikil
kering yaitu :
𝜌=
1000+500
= 750 ohm-meter
2
Gambar 2. Resistans pengukuran pentanahan
Tabel 1. Tahanan Jenis Tanah
NO
Jenis Tanah
Tahanan Jenis Tanah
(Ohm-Meter)
1
Tanah yang mengandung air garam
5-6
2
Rawa
30
3
Tanah Liat
100
4
Pasir Basah
200
5
Batu-Batu Kerikil Basah
500
6
Pasir dan Batu Kerikil Kering
1000
7
Batu
3000
3.2
Arus Fibrilasi
Arus Fibrilasi adalah arus yang
mengalir pada tubuh manusia, berpengaruh
pada otot manusia yang menyebabkan
jantung berdenyut. Besarnya arus yang
mengalir pada tubuh manusia dimana arus
listrik dapat menyebabkan jantung mulai
fibrilasi, dapat dihitung berdasarkan :
𝐼𝐾 =
0,116
√𝑑
, jika t = 0,5 detik
Maka 𝐼𝐾 = 0,164 ampere
3.3
Arus Gangguan Hubung Tanah
Besar arus gangguan hubung tanah
maksimum didasarkan pada nilai pemutusan
(interrupting
rating)
dari
peralatan
pentanahan Gardu Induk dan misalkan
tegangan sistem 70 KV maka besar arus
gangguan tanah diambil 30% dari arus
hubung singkat 3 fasa, karena tegangan
sistem yang diambil sebesar 150 KV, maka
besar arus gangguan hubung tanah diambil
80% dari arus hubung singkat 3 fasa. Dalam
hasil ini diperoleh arus hubung singkat 3 fasa
sebesar 1312,5 ampere dan hasil yang
diperoleh dari besar arus gangguan hubung
tanah adalah 80% x 1312,5 = 1050 ampere.
3.4
Tegangan Sentuh
Tegangan Sentuh adalah tegangan yang
terdapat diantara suatu subyek yang disentuh
dari suatu titik dengan jarak 1 meter dengan
asumsi bahwa obyek yang disentuh
dihubungkan dengan kisi-kisi pentanahan
yang berada di bawahnya. Tegangan sentuh
memiliki 2 jenis yaitu tegangan sentuh
maksimum yang diijinkan dan tegangan
sentuh maksimum yang sebenarnya.
Gambar 3. Tegangan sentuh dengan rangkaian penggantinya
3.4.1 Tegangan Sentuh Maksimum yang
Diijinkan
Tegangan sentuh yang diijinkan dari
teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai
berikut :
𝐸𝑆 = 𝐼𝐾 (𝑅𝐾 + 1,5 πœŒπ‘ )
Dengan :
πœŒπ‘  = Tahanan jenis permukaan tanah
kerikil dimana orang berdiri untuk
tahanan yang dilapisi batu koral
(3000 ohm-meter)
𝑅𝐾 = Tahanan badan manusia (1000
ohm)
𝐼𝐾 = arus Fibrilasi
Maka didapat tegangan sentuh yang diijinkan
adalah
𝐸𝑆 = 0,164 (1000 + 1,5(3000))
= 902 volt.
Berdasarkan tabel 2 dengan lama gangguan
0,5 detik tegangan yang diperoleh 890 volt,
dalam penelitian ini tegangan sentuh
maksimum yang diijinkan di gardu induk
jajar lebih besar dengan 902 volt.
Tabel 2. Tegangan sentuh yang diijinkan dengan lama gangguan
Lama gangguan (t)
Tegangan sentuh yang diijinkan
(detik)
(volt)
0,1
1.980
0,2
1.400
0,3
1.140
0,4
990
0,5
890
1,0
626
2,0
443
3,0
362
3.4.2 Tegangan Sentuh Maksimum yang
Sebenarnya
Tegangan sentuh yang sebenarnya dari
teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai
berikut :
1
𝐷2
2πœ‹
16β„Žπ‘‘
𝐾𝑀 = In
1
3
𝑛
4
+ In
5
7
2 𝑛−2 +1
6
8
2 𝑛−2 +2
× × × …×
I = 1050 (arus gangguan hubung tanah)
L = 2232 meter (Panjang konduktor yang
ditanam, termasuk batang pentanahan
K M = 0,3927
Sehingga hasil yang diperoleh adalah :
Dengan ketentuan sebagai berikut :
πΈπ‘š = 𝐾𝑀 .𝐾𝑖 πœŒπ‘– /L
n = 22
𝐸𝑀 = ( 0,3927 x 4,434) x (
𝐾𝑖 = 0,65 + 0,172 n = 4,434
750 x 1050
2232
)
= 614 volt.
D = 4 meter
h = 4 meter
d = 550 mm = 0,55 m
𝜌 = 750 ohm-meter
Berdasarkan tabel 3 dengan lama gangguan
0,5 detik tegangan yang diperoleh 90 volt,
dalam penelitian ini tegangan sentuh
maksimum yang sebenarnya di gardu induk
jajar lebih besar dengan 614 volt.
Tabel 3. Tegangan yang sebenarnya dengan lama gangguan
Lama gangguan (t)
Tegangan yang sebenarnya
(detik)
(volt)
5,0
50
1,0
75
0,5
90
0,2
110
0,1
150
0,05
220
0,03
280
Gambar 4. Tegangan langkah dekat dengan peralatan yang diketanahkan
3.5
𝑅𝐾 = Tahanan badan manusia (1000 Ω)
Tegangan Langkah
Tegangan langkah adalah tegangan
yang timbul diantara 2 kaki orang yang
sedang berdiri diatas tanah yang sedang
dialiri arus gangguan. Tegangan langkah
memiliki 2 jenis yaitu tegangan langkah yang
diijinkan dan tegangan langkah yang
sebenarnya.
3.5.1 Tegangan Langkah yang Diijinkan
𝑅𝑓 = Tahanan kontak ke tanah dari satu kaki
(3 πœŒπ‘  Ω)
πœŒπ‘  = Tahanan jenis tanah di sekitar
permukaan tanah (3000 Ohm-meter)
t = Waktu kejut atau lama gangguan (detik)
maka didapat tegangan
diijinkan adalah
langkah
yang
Tegangan langkah yang diijinkan dari
teori yang dibahas diperoleh rumus sebagai
berikut :
𝐸𝑙 = 0,164 (1000+18000)
𝐸𝑙 = (𝑅𝐾 +2 𝑅𝑓 )𝐼𝐾
Berdasarkan tabel 4 dengan lama gangguan
0,5 detik tegangan yang diperoleh 3140 volt,
dalam penelitian ini tegangan langkah yang
diijinkan di gardu induk jajar lebih kecil
dengan 3116 volt.
𝐸𝑙 = (1000+6 πœŒπ‘ )0,116/√t
Dengan :
= 3116 volt
Tabel 4. Tegangan langkah yang diijinkan dengan lama gangguan
Lama Gangguan t
Tegangan Langkah yang Diijinkan
(detik)
(volt)
0,1
7.000
0,2
4.950
0,3
4.040
0,4
3.500
0,5
3.140
1,0
2.216
2,0
1.560
3,0
1.280
3.5.2 Tegangan Langkah yang Sebenarnya
Tegangan langkah yang sebenarnya
dari teori yang dibahas diperoleh rumus
sebagai berikut :
πΈπ‘™π‘š = 𝐾𝑠 .𝐾𝑖 .πœŒπ‘™/L
𝐾𝑆 =
1
1
π 2h
+
1
D+h
+
1
2D
+
1
3D
+β‹―+
1
h
=
Kedalaman penanaman
pentanahan (meter)
konduktor
D = Jarak antara konduktor-konduktor
paralel (meter)
𝐾𝑆 = 0,1232
(n−1)D
Dengan :
𝐾𝑆 = Nilai Konstanta Tegangan Langkah
yang Sebenarnya
Sehingga nilai Tegangan Langkah yang
Sebenarnya adalah
πΈπ‘™π‘š = 𝐾𝑆 .𝐾𝑖 πœŒπ‘– /L
πΈπ‘™π‘š = (0,1232 x 4,434) (
𝐾𝑖 = 0,65 + 0,172 n
750 x 1050
2232
)
= 194 volt.
I = Arus gangguan tanah maksimum
(ampere)
𝜌 = Tahanan jenis rata-rata tanah (Ohmmeter)
Berdasarkan tabel 5 dengan lama gangguan
0,5 detik tegangan yang diperoleh 90 volt,
dalam penelitian ini tegangan langkah yang
sebenarnya di gardu induk jajar lebih besar
dengan 194 volt.
L = Panjang konduktor yang ditanam,
termasuk batang pentanahan (meter)
Tabel 5. Tegangan yang sebenarnya dengan lama gangguan
Lama gangguan (t)
Tegangan yang sebenarnya
(detik)
(volt)
5,0
50
1,0
75
0,5
90
0,2
110
0,1
150
0,05
220
0,03
280
3.6
Tegangan Pindah
Tegangan pindah adalah tegangan terjadi
pada saat seseorang memegang peralatan
yang ditanahkan pada titik yang jauh
sedangkan peralatan tersebut dialiri arus
gangguan.
Gambar 5. Tegangan Pindah dengan rangkaian penggantinya
Tegangan pindah dari teori yang dibahas
diperoleh rumus sebagai berikut :
𝐸𝐩𝐒𝐧𝐝𝐚𝐑 = I x 𝑅𝑂
𝑅𝑂 =
𝜌
4π‘Ÿ
+
L = Panjang total dari konduktor kisi-kisi
dan batang (meter)
𝑅𝑂 =
𝜌
𝐿
𝑅𝑂 =
Dengan :
𝑅𝑂 = Tahanan kontak ke tanah yang dialiri
tegangan yang
gangguan (Ω).
timbul
selama
r = jari-jari ekuivalen dari luas switchyard
gardu induk (meter)
ρ
4r
+
ρ
L
750
4 x 34,55
+
750
2232
E pindah = I x 𝑅𝑂
= 1050 x 5,77
= 6058,5 volt.
= 5,77 αΏ»
4.
Kesimpulan
Penelitian ini dapat dicari kesimpulan
dengan beberapa analisis dan teori-teori yang
digunakan, maka kesimpulan ini antara lain :
a.
b.
c.
Untuk meminimalisir tegangan kejut
listrik yang berbahaya bagi manusia
yang berada di dalam maupun di luar
area switcyard Gardu Induk Jajar, perlu
penambahan
batu
kerikil
yang
dicampur dengan pasir dan disamping
itu pula perlunya kesiap-siagaan para
pekerja yang berada di dalam area
switcyard, yang selalu memastikan
peralatan apa saja yang digunakan di
saat pengoperasian itu berlangsung
supaya tingkat keamanan bisa terjamin.
Untuk mendapatkan tahanan kontak ke
tanah (𝑅𝐹 ) yang cukup besar maka
perlu penambahan batang elektroda
atau dengan menancapkan batang
+
elektroda itu sedalam − 5 meter.
Untuk mengetahui nilai tegangan yang
sebenarnya dan tegangan yang
diijinkan dari hasil perhitungan
berdasarkan analisis serta perbandingan
nilai tegangan yang sebenarnya dengan
nilai tegangan yang diijinkan.
DAFTAR PUSTAKA
Abrar tanjung. 2010. Analisis Sistem
Pentanahan Gardu Induk Teluk Lembu
dengan Bentuk Kontruksi Grdi (kisi-kisi).
Pekan Baru. Jurusan Teknik Elektro
Fakultas Teknik. Universitas Lamcang
Kuning.
Anang Sunardi, Gamaliel Ketardi, Herman H
Sinaga. 2008. Respons Impuls pada
Elektroda Pentanahan Batang Tunggal
Untuk Menentukan Nilai Impedansi
Pentanahan.
Lampung.
Universitas
Lampung.
Ismail Muchsin, ST, MT. 2009. Tenaga
Listrik Dan Elektronika. Universitas
Mercu Buana.
Nono, Moelyono. 1999. Pengantar Sistem
Distribusi Tenaga Listrik. Surabaya.
Jurusan
Teknik
Elektro
Fakultas
Teknologi Industri, ITS.
Rini Nur Hasanah. 2009. Evaluasi
Keandalan Sistem Tenaga Listrik Pada
Jaringan Distribusi PrimerTipe Radial
Gardu Induk Blimbing. Surabaya.
Universitas Brawijaya.
Sapari. 2008. Evaluasi Arrester Untuk
Proteksi GI 150 KV Jajar dari Surja Petir
Menggunakan
Software
PSCAD.
Surakarta. Universitas Muhammadiyah
Surakarta.
TS Hutauruk, Ir, MSc. 1999. Pengetanahan
Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan
Peralatan. Jakarta. Erlangga.
Download