34
Optimasi Sistem Pentanahan Di Gardu Induk 150 KV
Rawalo Dengan Menggunakan Metode Sacrificial Anode
Marly Suwartono1, YB. Praharto2, Fitrizawati3
1,2,3 Progdi. Teknik Elektro, Sekolah Tinggi Teknik Wiworotomo Purwokerto
Email : marly suwartono@gmail.com1, yppra@gmail.com2
Abstract
Earthing system aims to secure the electrical equipment and is located in the vicinity of human disturbance by flowing fault current to ground. One of the factors to get a little grounding resistance value is the location of the electrodes that will be planted to know the value of earthing is required measurements. One of the elements that need to be considered in the measurement of a grounding system is the condition of the soil in the area where the grounding system will dipasang. Pengukuran performed using 6 (six) 6 different points, with a soil depth of 6 meters. This measurement aims to determine the grounding resistance on the ground. In general, the equipment at the substation earthing parent aims to maintain the safety of equipment and personnel in it, both in normal times and in times of disruption. Equipment grounding system rod and the lattice (grid) is used to limit the voltage arising on the equipment and leveling the ground surface tension gradient. From the analysis we concluded that the earthing system is used both for neutral grounding of an electric power system, earthing and lightning protection system grounding for an equipment especially in the field of telecommunications and electronics needs serious attention, because the earth is a basic principle that is used to a protection system.
Keywords : Earthing System, Substation, Grounding Roll.
1. Pendahuluan
35
Untuk memudahkan penyusunan Skripsi supaya tidak melebar, serta terarah, maka penulis membuat batasan masalah untuk penulisan laporan. Batasan masalah yang akan penulis bahas adalah optimalisasi Sistem Pentanahan Grid-Rod pada Gardu Induk PLN Rawalo 150 kV, jenis sacrificial anode yang akan dipilih adalah anoda magnesium dan anoda zinc. Sambaran petir disisi saluran transmisi tidak dibahas.
2. Metodologi Penelitian
Sistem pentanahan peralatan memiliki tujuan untuk membatasi tegangan antara bagian- bagian peralatan dengan tanah sampai pada suatu harga yang aman (tidak membahayakan) untuk semua kondisi operasi, baik pada saat kondisi normal maupun pada saat terjadi gangguan. Sistem pentanahan peralatan yang dibuat dari bahan baja akan memiliki sifat rentan terhadap korosi, sehingga diperlukan suatu upaya untuk mengurangi laju korosi yang terjadi. Korosi merupakan timbul akibat reaksi elektrokimia antara baja, air dan oksigen, sehingga mengurangi massa baja. Salah satu upaya yang dapat dilakukan adalah perlindungan terhadap korosi secara katodik, baik dengan sacrificial anode atau impressed current[1][6]. Anoda magnesium dan anoda zinc sering digunakan untuk perlindungan katodik terhadap struktur baja di bawah tanah[2][4]. melewati, kandungan air dan bahan kimia yang ada dalam tanah, kelembaban tanah dan cuaca[2] [7]. Tahanan dari jalur tanah ini relatife rendah dan tetap sepanjang tahun. Untuk memahami tahanan tanah harus rendah, dapat dengan menggunakan hukum Ohm yaitu :
E = I X R (1)[8] [9]
dimana E adalah tegangan (volt), I adalah arus (ampere), R adalah tahanan (ohm).
Hambatan arus melewati sistem elektroda tanah mempunyai 3 komponen, yaitu Tahanan pasaknya sendiri dan sambungan-sambungannya, tahanan kontak antara pasak dengan tanah disekitar dan tahanan tanah sekelilingnya. Pasak-pasak tanah, batang logam, struktur dan peralatan lain biasa digunakan untuk elektroda tanah, selain itu umumnya ukurannya besar sehingga tahanannya dapat terabaikan terhadap tahanan keseluruhan sistem pentanahan. Faktor yang dijadikan pertimbangan antara lain:
2.1 Faktor Penyebab Tegangan Permukaan Tanah a. Pengaruh uap lembab dalam tanah
36 b. Pengaruh tahanan jenis tanah
Tahanan tanah merupakan kunci utama yang menentukan tahanan elektroda dan pada kedalaman berapa elektroda harus ditanam agar diperoleh tahanan yang rendah. Tahanan tanah bervariasi di berbagai tempat dan cenderung berubah menurut cuaca. Tahanan tanah ditentukan juga oleh kandungan elektrolit di dalamnya, kandungan air, mineral-mineral dan garam-garam[4].
c. Pengaruh temperatur
Temperatur akan berpengaruh langsung terhadap resistivitas tanah dengan demikian akan berpengaruh juga terhadap performa tegangan permukaan tanah. Pada musim dingin struktur fisik tanah menjadi sangat keras, dan tanah membeku pada kedalaman tertentu. Air di dalam tanah membeku pada suhu di bawah n o l d e r a j a t Celcius, dan hal ini menyebabkan peningkatan yang besar dalam koefisien temperatur resistivitas tanah. Koefisien ini negatif, dan pada saat temperature menurun, resistivitas naik dan resistansi hubung tanah tinggi[4][9].
d. Perubahan resistivitas tanah
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa resistivitas tanah sangat tergantung dengan material pendukung tanah, temperatur dan kelembaban. Daerah dengan struktur tanah berpasir, berbatu dan cenderung berstruktur tanah padas mempunyai resistivitas yang tinggi. Disinyalir kondisi tanah yang demikian diakibatkan kerusakan yang terjadi di permukaan tanah, berkurangnya tumbuhan- tumbuhan yang dapat mengikat air mengakibatkan kondisi tanah tandus dan berkurang kelembabannya
e. Korosi
Bagian di bawah tanah, kondisi tanah basah yang mengandung materi alamiah, bahan-bahan kimia yang terkontaminasi didalamnya juga dapat mengakibatkan korosi. Secara umum terdapat dua penyebab terjadinya korosi bimetal (bimetallic corrosion), Penyambungan logam yang tidak sejenis dan terdapat cairan konduktif listrik ringan adalah situasi yang sangat banyak terjadi di bawah tanah. Logam yang mempunyai sifat lebih rentan akan lebih cepat mengalami korosi. Korosi kimia (chemical corrosion), berdasarkan skala pH, kondisi tanah dapat dibedakan menjadi kondisi asam, basa dan netral. Korosi kimia akan terjadi pada tanah asam ataupun basa. Kecepatan korosi akan dipengaruhi oleh daya tahan logam, jika logam bersifat rentan maka akan lebih cepat terkorosi. Sebagai pedoman, material yang berada di sekeliling elektroda sebaiknya relatif netral[6].
2.2 Sistem Pentanahan Gardu Induk
37
Macam-Macam Elektroda Pentanahan pada dasarnya terdapat tiga macam elektroda pentanahan yaitu:
a. Elektroda Pita, berupa pita atau kawat berpenampang bulat yang ditanam di dalam tanah
umumnya penanamannya tidak terlalu dalam (0,5 - 1 meter) dan caranya ada bermacam-macam
b. Elektroda Batang, berupa batang yang ditanam tegak lurus dalam Tanah.Elektroda batang
terbuat dari batang atau pipa logam yang di tanam vertikal di dalam tanah
c. Elektroda pelat, berupa pelat yang ditanam tegak lurus dalam tanah. Elektroda ini terdapat
tiga macam bentuk yaitu bentuk Grid, Bentuk radial, Bentuk lingkaran
d. Pentanahan Kombinasi Grid dan Rod
Kombinasi sistem pentanahan suatu Gardu Induk seringkali menggunakan konduktor grid yang disusun horisontal dengan permukaan tanah yang dibantu dengan batang-batang vertikal (rod). Bentuk pentanahan gabungan antara grid-rod ini dapat meratakan tegangan yang mungkin timbul apabila terjadi arus gangguan ke tanah sehingga tidak membahayakan manusia yang berada disekitar switchyard[6][7].
2.2 Waktu dan Tempat Penelitian
Pengerjaan tugas akhir ini bertempat di Gardu Induk PLN Rawalo Banyumas 150 kV terletak di Desa Banjarparakan, Kecamatan Rawalo, Kabupaten Banyumas. Lokasinya berada di jalan utama yang menghubungkan Purwokerto - Bandung lewat jalur Selatan, pada bulan Februari - Maret 2014. Data saluran transmisi (linedata) 150 kV pada Gardu Induk PLN 150 kV Rawalo, Banyumas Data Gardu Induk (GI) 150 kV, yang terdiri dari Tipe Gardu Induk, Beban Gardu Induk (Aktif dan Reaktif), Tegangan Nominal.
2.3. Jalannya Penelitian
Dalam penyelesaian tugas akhir ini akan dilalui beberapa pengumpulan Data dari Gardu Induk Rawalo. Pada penelitian ini data yang akan diambil adalah data pembangkit, data transmisi, data beban dan lain sebagianya dari Gardu Induk PLN 150 kV Rawalo, Banyumas yang berguna untuk mendukung penyelesaian tugas akhir.
Berikut ini table rancangan system pentanahnan Grid Rod yang optimal, dapat diperlihatkan pada table 2.1.
38 3. Hasil Dan Pembahasan
Dari data yang diperoleh saat penelitian didapat seperti table berikut ini : Tabel 3.1 Tabel hasil perhitungan pentanahan
Posisi titik A B C D E F Paralel
Tahanan
(Ohm) 34 Ω 20 Ω 54 Ω 65 Ω 40 Ω 30 Ω 6,1 Ω
Dari data yang diperoleh, sistem pentanahan yang digunakan baik untuk pentanahan netral dari suatu system tenaga listrik, pentanahan sistem penangkal petir dan pentanahan untuk suatu peralatan khususnya di bidang telekomunikasi dan elektronik perlu mendapatkan perhatian serius, karena pada prinsipnya pentanahan tersebut merupakan dasar yang digunakan untuk suatu system proteksi. Untuk melindungi (mengurangi) kegagalan perlindungan ini, haruslah dipilih sudut perlindungan yang kecil. Rumus yang dapat dipakai dalam menghitung sudut perlindungan seperti persamaan :
= arc tan
h
x
Dimana :
h = jarak antara kawat tanah dengan garis horizontal yang menghubungkan kawat fasa. x = selisih antara panjang cross arm kawat tanah dengan kawat fasa
= sudut perlindungan
Sistem Perlindungan Pada Struktur Pentanahan Peralatan Gardu Induk Dengan Metode Sacrificial anode, Berikut ini adalah potensial elektroda baja dan magnesium terhadap referensi elektroda Cu|CuSo4 dengan potensial elektroda baja = - 0,5 V dan potensial elektroda Magnesium = - 1,75 V. Aliran arus terjadi pada kabel penghubung dari konduktor baja (katoda) yang berpotensial lebih elektropositif ke anoda magnesium (anoda) dengan potensial lebih elektro negatif mengakibatkan logam magnesium terkorosi dan logam baja terlindungi.
39
3.1 Analisis Perlindungan Katodik Sacrificial anode Terhadap Sistem Pentanahan Peralatan Tipe Grid-Rod pada Gardu Induk yang optimal
Berdasarkan perhitungan dan pertimbangan yang telah dilakukan, maka telah didapatkan sebuah rancangan sistem perlindungan katodik sacrificial anode sebagai berikut: a. Struktur yang dilindungi luas permukaan: Pentanahan peralatan tipe grid-rod berbahan baja pada gardu induk 1 5 0 kV Rawalo : h. Posisi Pemasangan anoda : Horisontal i. Jarak pemasangan anoda : ± 30,2721 m
Berdasarkan tabel di tas yang berisi pilihan - pilihan desain hasil kombinasi nilai - nilai variable, dapat dianalisi bahwa untuk ukuran mesh pada rancangan awal 8 x 8 meter ternyata belum memenuhi pesrsayaratan standar aman IEEE std 80-2000 karena tegangan sentuhnya masih melebihi tegangan sentuh yang diizinkan sebesar 649,7 Volt. Hal ini dapat dilihat pada pilihan A dan pilihan C. Untuk itu,pilihan yang digunakan hanya pilihan B dengan ukuran mesh 6 x 5 m. Pada praktiknya, yang digunakan adalah bilangan bulat untuk jarak konduktor paralelnya dengan menyesuaikan ukuran dimensi gardu induk 96 x 40 meter agar mempermudah dalam proses penyambungan konduktor parallel sehingga jarak antar koduktor menjadi DX = 6 dan Dy = 5 sehingga terbukti sama
4. Kesimpulan dan Saran 4.1 Kesimpulan
Dari pembahasan pada bab-bab sebelumnya maka penulis mengambil beberapa kesimpulan antara lain :
a. Pentanahan adalah melakukan koneksi sirkuit atau peralatan ke bumi yang bertujuan untuk mempertahankan potensial bumi pada konduktor yang terhubung dan mengalirkan arus tanah menuju dan dari bumi
b. Rancangan system pentanahan yang optimal secara teknis adalah dengan ukuran 6 x 5 meter dengan jumlah konduktor paralel pada sisi yang panjang dan lebar adalah nx = 9 dan ny = 17, Batang pentanahan sebanyak 4 buah diletakkan pada sudut-sudut siku grid berbentuk empat persegi panjang, desain ini menghasilkan btahanan pentanahan 0,56 Ohm, tegangan sentuh 639,3 Volt dan tegangan langkah 497,7 Volt yang telah memenuhi standar aman IEEE 80-2000.
4.2 Saran
a. Untuk mempertahankan hasil tahanan pentanahan yang lebih baik ini sesuai dengan standard yang diizinkan, sebaiknya dilakukan pemeriksaan dengan perawatan secara rutin atau berkala paling tidak setahun sekali untuk menjaga nilai tahanan pentanahanan tersebut tetap konstan dan terjaga.
40
c. Dapat dikembangkan untuk pentanahan tipe lainnya maupun di lokasi penggunaan lainya selain gardu induk
5. Daftar Pustaka
[1] Hutauruk T. S., 1976, Pengetanahan Netral Sistem-sistem Tegangan Tinggi, Departemen Elektro Teknik Fakultas Teknologi Industri, ITB.
[2] Hutauruk T. S., 1987, Pengetanahan Netral Sistem Tenaga dan Pengetanahan Peralatan, Institut Teknologi Bandung dan Univeristas Tri Sakti.
[3] Aris Munandar DR., 1978, Teknik Tegangan Tinggi, PT. Pradaya Paramita, Jakarta.
[4] Hazairin, Samaulah, Ir, Prof, M.Eng, Ph.D, Dasar-dasar Sistem Proteksi Tenaga Listrik, Penerbit Unsri, 2004.
[5] Hutauruk T. S., 1985, Transmisi Daya Elektrik, Institut Teknologi Bandung dan Univeristas Tri Sakti.
[6] Hutauruk T. S., 1976, Gelombang Berjalan Pada Sistem Transmisi dan Proteksi dan Perlatan Pada Surja, Institut Teknologi Bandung.
[7] Riswandi Hasibuan., 2007, Tentang Tegangan Pemulihan Pada Kontak Suatu Pemutus Daya Tegangan Tinggi untuk beberapa Jenis Karakteristik Rangkaian.
[8] Aris Munandar DR., S. Kuwahara DR., 1975, Teknik Tenaga Listrik, Jilid II Saluran Transmisi, PT. Pradaya Paramita, Jakarta.
