Pentanahan Sistem Dan Peralatan

Pengetanahan Peralatan

dan Sistem/Netral

WAHYUDI Teknik Elektro ITS

Pengetanahan/pentanahan

1. Pentanahan sistem



hubungan ketanah dari salah satu konduktor

yang dilalui arus tenaga dari suatu sistem tenaga

listrik



pentanahan netral dari sistem tenaga

2. Pentanahan peralatan



hubungan ketanah bagian dari peralatan yang

pada kerja normal tidak dilalui arus

Pentanahan peralatan

Tujuan :

• Membatasi tegangan antara bagian-bagian peralatan yang tidak dialiri arus dan antara bagian ini dengan tanah ( pada harga aman ) pada semua kondisi

• Untuk memperoleh impedansi yang kecil/rendah dari jalan balik arus hubung singkat ketanah

Secara garis besar

• Mencegah terjadinya tegangan kejut yang berbahaya untuk orang dalam daerah tersebut

• Memungkinkan timbulnya arus tertentu baik besar dan lamanya dalam keadaan gangguan ketanah tanpa menimbulkan bahaya • Untuk memperbaiki performance dari sistem

Besarnya tegangan kejut/sentuh yang

diizinkan :

• Tegangan rendah 50 volt

Type elektroda pentanahan

a.Elektroda tipe rod

Pentanahan elektroda tipe rod adalah penanaman batang-batang konduktor secara vertikal ke dalam tanah,yang fungsinya untuk memperkecil tahanan pentanahan.

b.Elektroda tipe grid

Batang elektrode sejajar permukaan tanah, yang berfungsi untuk meredam terjadinya tegangan langkah yang terjadi.



h

c. Elektroda tipe counterpoise

Type ini digunakan untuk pertanahan kaki menara yang, fungsinya lebih bersifat meredam tegangan sisa akibat gelombang berjalan pada puncak menara.

d. Elektroda tipe plat

Pentanahan dengan metode ini menggunakan plat tembaga berukuran 1 x 1 meter yang ditanam pada kedalaman tanah

minimum 1 meter dan dihubungkan dengan peralatan yang ditanahkan..

e. Elektroda tipe gabungan

Pentanahan tipe gabungan adalah gabungan dari tipe pentanahan yang ada.

Tujuannnya adalah agar mendapatkan keandalan yang lebih baik

Harga typical resistivitas dari beberapa jenis tanah

Penampang konduktor yang digunakan :

)

1

234

log(

10

*

5

,

8

6









 a a m

T

T

T

t

I

A

A = penampang

I = arus yg mengalir (A) t = lama gangguan ( det

)

= temp. sekeliling( ) = temperatur max( )

)

(

mm

2 m

T

a

T

Titik cair tembaga

sambungan las baut

_C

C

C

o o o

250

450

1083

o

C

C

o

Eight strips burried Six strips buried Four strips buried Three strips burried

Two strips buried Two strips burried Two strips on surface

Strip buried Strip on Surface Vertical electrode buried Vertikal electrode on Surface

Type of Electrode Side View Top View Formula Ref

L h L d d L d L/2 d L/2 d h h d L/2 d a L/2 d a L/2 L/4 d L/6 d L/8 d L/3 d L/2 d d L/2 d 1 1 1 2 3 2 2 2 2 2 2

Ref. Table : d<<L d<<4h<<L/n d<<a<<L/n

d L L d L L R     36 . 1 4 ln 2 ) 1 8 (ln 2     L h L h d L L R      2 2 36 . 1 4 ln 2  d L L R   36 . 1 2 ln   hd L L R   85 . 1 ln 2 2   da L L R    85 . 1 2 ln 2   2 2 4 4 42 . 3 16 ln 2 h a A hdaA L L R        hd L L R   27 . 1 ln 2 2   hd L L R   767 . 0 ln 2 2   hd L L R    69 . 2 10 ln 2 4 2   hd L L R    42 . 9 10 ln 2 3 2   hd L L R   217 . 0 ln 2 2  

Macam

-macam

Elektroda

Grounding

dengan

Formula

Harga

Teoritis

Tahanan

Grounding

Pentanahan netral

Tujuan pentanahan:

• Untuk mengurangi/menghilangkan busur tanah akibat busur listrik yang timbul saat gangguan

• Membatasi tegangan pada phasa-phasa yang tak terganggu Metode-metode pengetanahan:

1. Pengetanahan melalui tahanan - tahanan rendah Ro > 2Xo

- tahanan tinggi Ro < Xo/3

2. Pengetanahan melalui reaktor Xo < 10 X1 3. Pengetanahan tanpa impedansi

4. Pengetanahan effektif Xo < 3X1 & Ro < X1

Sistem tak ditanahkan

Tak ada hubungan galvanic antara sistem dengan tanah

Kerugiannya :

• Arcing ground tak dapat hilang ( >5A ) • Arsing ground padam sendiri ( <5A )

• Arcing ground selalu timbul bila ada gangguan dan berulang-ulang tegangan lebih

• Tegangan phasa yang tak terganggu naik V3 Vphasa

• Arus gangguan ketanah (Io) kecil  rele pengaman gangguan ketanah sulit ditrapkan

Menurut hukum Kirchoff I

Ia + Ib + Ic = 0

Ea/Za + Eb/Eb + Ec/Zc = 0

Akibat ketidak seimbangan kapasitif

Ea + Eb + Ec 0

Sistem keadaan normal

dan

Iu = arus ketidak seimbangan akibat ketidak seimbangan kapasitif

0



















CN BN AN NG CN C NG BN B NG AN A

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

E

U C CN B BN A AN NG C B A C CN B BN A AN C CG CN B NG BN A NG AN

I

Z

E

Z

E

Z

E

E

Z

Z

Z

Z

E

Z

E

Z

E

Z

E

E

Z

E

E

Z

E

E























































0

1

1

1

0



sedang

C B A G G U NG

Z

Z

Z

Z

Z

I

V

1

1

1

1

_

_

_







<<



Saat hubung singkat ketanah

arus hubung singkat _u

G ph FG

I

Z

E

I





G ph FG

Z

E

I



FG

I

Z

Z

Z

Z

_A



_B



_C



G ph FG ph ph B FG

Z

E

I

Z

E

Z

E

I

I

















3

3

3

FG GF

I

I





= arus hubung singkat ketanah pd sistem delta





Z

E

I

Z

E

Z

E

I

I

I

I

ph C ph L L B C B FG

3

3













 U

I

Arus gangguan kapasitif ;

- tidak tergantung letak gangguan

- tergantung kapasitansi sistem ke tanah

PENENTUAN BESAR ARUS GANGGUAN

KETANAH

r ph

FG

E

fC

k

I



(

2



₀

)

10

3

.

Harga faktor koreksi

Tegangan sistem (KV) Faktor koreksi k_r

11 1,16 33 1,13 66 1,11 110 1,09 164 1,08 220 1,07

260 kms KV I_FG  LL  260 25 KV kms I_FG  LL  260 60 KV kms I_FG  LL 

Secara praktis arus hubung singkat I

_FG

Kawat transmisi udara Kabel tanah

Sistem yang ditanahkan

Faktor-faktor yang mempengaruhi pemilihan metode pentanahan : • Selektivitas dan sensitivitas dari ground foult relay

• Pembatasan besar arus gangguan ketanah

• Tingkat pengamanan terhadap tegangan surja dengan arrester • Pembatasan tegangan lebih transient

Pengaruhnya terhadap : • Keekonomisan sistem

• Perencanaan serta tata letak dari sistem • Kontinuitas pelayanan

Methoda pengetanahan

1. Diketanahkan effektif

Pengetanahan tanpa impedansi dan reaktansi rendah “dapat” termasuk pengetanahan effektif

Keuntungan:

• Tegangan frekwensi dasar dapat dikontrol dengan baik • Arcing ground tak terjadi, Isc menghapuskan Icap dan

menghilangkan pengaruhnya

• Proteksi gangguan tanah sederhana

• Tegangan arrester dapat diperbesar 25%

Keburukannnya:

• Tiap gangguan hubung singkat  saluran putus • Arus gangguan besar  merusak alat2

• Membahayakan manusia

• Merusak isolatr  akibat arus susulan

2. Ditanahkan tanpa impedansi ( langsung

)

Keuntungan :

• Tegangan sistem yang tak terganggu tetap • Biaya pembatasan Isc ketanah termurah

• Arcing ground tak terjadi, Isc menghilangkan Icap dan menghilangkan pengaruhnya

Kerugian :

• Kesalahan hubung singkat ketanah banyak

• Isc ketanah umumnya lebih kecil Isc2ph tetapi ada

kemungkinan 3xIsc2ph  mempengaruhi sistem komunikasi • Kenaikan Isc merusak saluran

IFG +Icf Ib Ic Icf IFG _Ib

Va

Vb

Vc

Ic PENTANAHAN LANGSUNG -Ic -Ib

3. Pengetanahan dengan tahanan

Keuntungan

:

• Stabilitas sistem terjamin

• Effek-effek yang merusak pada pentanahan langsung ditekan

• Memungkinkan penggunaan macam-macam proteksi

• Mengurangi momentary voltage dip pada saat timbul dan lenyapnya gangguan ketanah

Kerugian :

• Titik netral akan bergeser

• Harga peralatan, bagian untuk transformator akan menjadi lebih tinggi

• Banyak panas yang terbuang

• Tegangan phasa yang terganggu akan lebih tinggi daripada sistem tak ditanahkan

-Ic

-Ib

IFG +Icf

PENTANAHAN DENGAN TAHANAN

Icf IFG -Ic -Ib

Vc

Vb

+Icf Ifx IfR IFG

=

Ib

=

Ic IfR sephasa dng Va (teg yg terganggu)

SPLN 26 TH 1980 : sistem 20 KV

• Tahanan rendah 12 ohm  Iscmax 1000 A

untuk jaringan kabel tanah

• Tahanan rendah 40 ohm  Iscmax 300 A

untuk saluran udara dan gabungan saluran

udara dengan kabel tanah

• Tahanan tinggi 500 ohm  Iscmax 25 A

untuk saluran udara

4. Pengetanahan dengan reaktansi

• Pada dasarnya samadengan tahanan hanya saja

diganti dengan kumparan/reaktor

Keuntungan

:

• Isc diperkecil dan tegangan phasa tak terganggu

terbatas naiknya ( 1,73 Vph )

• Arcing ground tak membvahayakan

• Menentukan kerja relay yang memuaskan

-Ic

-Ib

IFG +Icf

PENTANAHAN DENGAN REAKTANSI

Icf IFG -Ic -Ib

Vc

Vb

Untuk PC  X diatur sehingga IFG = Icf

5. Pengetanahan dengan Petersen Coil

Sama dengan reaktor hanya saja bisa diubah-ubah

Keuntungan :

• Isc dapat dibuat kecil sekali • Gejala arcing ground hilang

• Kontinuitas pelayanannya tak terganggu • Tegangan lebih transient dapat dikurangi

• Effek-effek terhadap sistem komunikasi dapat diperkecil • Mengurangi kejutan pada sistem

Kerugiannya :

• Tak dapat mengkompensir gangguan 2phasa ketanah • Tak dapat menghilangkan gangguan satu ketanah yang

menetap

• Tak dapat mencegah tegangan lebih secara keseluruhan • Tak dapat mengkompensir rugi-rugi daya dan harmonisa

Pengaman Gangguan

Ketanah Dengan Sistem

Differensial

WAHYUDI Teknik Elektro ITS

PENGAMAN GANGGUAN KE TANAH DENGAN SISTEM DIFFERENTIAL

Bila titik netral ditanahkan langsung

Seluruh belitan generator/transformator dapat diamankan terhadap gangguan ke tanah

Bila ditanahkan melalui tahanan pentanahan

Tidak mungkin seluruh belitan dapat diamankan  prosentase (%) belitan yang diamankan tergantung harga tahanan pentanahan dan setting rele gangguan tanah

% belitan yang tak diamankan = V 100 x 0 Z.I

terhadap gangguan ke tanah, dimana : I₀: arus yang menyebabkan rele

beroperasi Z : impedansi ()

V : tegangan line – netral

YANG PERLU DIPERHATIKAN  Rating arus dari tahanan  Harga / besar tahanan  Setting rele dsb

 Umumnya 80 – 85 % belitan diamankan  20 – 15 % dari sisi

netratidak diamankan  ditambahkan pengaman gangguan ketanah

Contoh soal

• Suatu alternator 10 MVA; 6,6 KV dibebani

8 MVA, alternator tsb diamankan dengan

rele differential dimana rele akan

beroperasi bila ada ketidak seimbangan

arus sebesar 20%, belitan yang tak

teramankan adalah 10%. Tentukan besar

tahanan pentanahannya bila reaktansi