SKRIPSI EVALUASI PENTANAHAN DENGAN SISTEM GRID ROAD PADA GARDU INDUK PAREPARE

SKRIPSI

EVALUASI PENTANAHAN DENGAN SISTEM GRID ROAD PADA GARDU INDUK PAREPARE

OLEH

ARMAN AMIR 105 82 00578 10

PROGRAM STUDI TEKNIK LISTRIK JURUSAN ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MAKASSAR

2014

ABSTRAK

Gardu Induk merupakan tempat penyuplaian tenaga listrik utamanya ke konsumen, sehingga dalam pengoperasiannya memerlukan suatu kondisi yang betul-betul stabil dan aman terutama dari arus gangguan tanah. Sistim pentanahan pada Gardu Induk merupakan satu-satunya cara untuk mengatasi arus gangguan tersebut.

Sistem pentanahan bentuk grid merupakan salah satu dampak IPTEK saat ini, yang dulunya sistem pentanahan pada Gardu Induk dilakukan dengan mananamkan batang-batang konduktor tegak lurus permukaan tanah (vertical) dengan kedalaman tertentu. Namun karena berbagai faktor seperti keadaan tanah yang berbatu, sehingga tidak dapat menanamkan elektroda pentanahan lebih dalam, maka sistim pentanahan dengan memakai batang-batang vertikal kurang efektif untuk digunakan. Sebagai hasil kemajuan IPTEK, tentunya sistem pentanahan bentuk grid lebih efektif dan cocok untuk digunakan pada Gardu Induk. Dengan laporan hasil penelitian ini dituangkan dalam bentuk tiugas akhir akan memberikan gambaran singkat tentang sistim pentanahan yang handal pada suatu Gardu Induk khususnya Gardu Induk Pare Pare. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil perhitungan pada Tegangan sentuh yang diizinkan= 145,06Volt, Tegangan mesh (Etouch

Sebenarnya) = 514,4 Volt, Tegangan langkah yang diizinkan = 30125,16 Volt, Tegangan Langkah sebenarnya = 1452,3 Volt. Usia Gardu Induk pare pare berpengaruh terhadap komponen-komponen dan struktur tanah pada Gardu Induk.

Pengaruhnya terhadap elektroda pentanahan adalah terjadinya korosi yang dapat menyebabkan berkurangnya sensitifitas hantaran ke tan

KATA PENGANTAR

Syukur Alhamdulillah penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT, karena Rahmat dan Hidayah-Nyalah sehingga penulis dapat menyusun skripsi ini, dan dapat kami selesaikan dengan baik.

Tugas akhir ini disusun sebagai salah pensyaratan akademik yang harus ditempuhdalam rangka penyelesaian program studi pada Jurusan Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar. Adapun judul tugas akhir adalah :

“Evaluasi pentanahan dengan sistem grid road pada gardu induk pare-pare ”

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan skripsi ini masih terdapat kekurangan-kekurangan, hal ini sdisebabkan penulis sebagai manusia biasa tidak lepas dari kesalahan dan kekurangan baik itu ditinjau dari segi tehnis penulis maupun dari perhitungan-perhitungan. Oleh karena itu penulis menerim dengan ikhlas dan senang hati segala koreksi serta perbaikan guna penyempurnaan tulisan ini agar kelak dapat bermanfaat.

Skripsi ini dapat terwujud berkat adanya bantuan, arahan, dan bimbingan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segalan ketulusan dan kerendahan hati, kami mengucapkan terima kasih dan penghargaan yang setinggi-tingginya kepada :

1. Bapak Hamzah Al Imran, ST, MT. sebagai Dekan Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

2. Bapak Umar Katu, ST, MT., sebagai Ketua Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar.

3. Bapak. Dr. Ir. Indra Jaya Mansur, M.T, Selaku Pembimbing I dan Bapak Rizal A Duyo, ST, MT, selaku Pembimbing II, yang telah banyak meluangkan waktunya dalam membimbing kami.

4. Bapak dan ibu dosen serta stap pegawai pada fakultas teknik atas segala waktunya telah mendidik dan melayani penulis selama mengukiti proses belajar mengajar di Universitas Muhammadiyah Makassar.

5. Ayahanda dan Ibunda yang tercinta, penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya atas segala limpahan kasih sayang, doa dan pengorbanan terutama dalam bentuk materi dalam menyelesaikan kuliah.

6. Saudara-saudaraku serta rekan-rekan mahasiswa fakultas teknik terkhusus angkatan 2010 yang dengan keakraban dan persaudaraan banyak membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

7. Spesial untuk Citra Iskandar yang selalu mendukung dan memotifasi saya dalam menyelesaikan tugas akhir ini.

Semoga semua pihak tersebut di atas mendapat pahala yang berlipat ganda di sisi Allah SWT dan skripsi yang sederhan ini dapat bernabfaat bagi penulis, rekan-rekan, masyarakat serta bangsa dan Negara. Amin.

Makassar, 09 Desember 2014

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ... i

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING ... ii

HALAMAN PENGESAHAN TIM PENGUJI ... iii

ABSTRAK ... iv

KATA PENGANTAR ... v

DAFTAR ISI ... vii

DAFTAR GAMBAR ... xii

DAFTAR TABEL ... xiii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

A. Latar Belakang Masalah ... 1

B. Rumusan Masalah ... 3

C. Batasan Masalah... 4

D. Tujuan Penulisan ... 4

E. Metode Penulisan ... 4

F. Sistematika Penulisan ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

A. Umum ... 6

B. Tujuan Pentanahan ... 6

C. Tahanan Jenis Tanah ... 7

D. Macam-macam Elektroda Pentanahan ... 9

E. Bahan Elektroda Pentanahan ... 13

F. Tahanan Tubuh Manusia ... 14

BAB III METODOLOGI PENELITIAN A. Waktu Dan Tempat ... 36

B. Diagram Blok ... 36

C. Langkah Penelitian ... 37

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39

A. Umum ... 39

B. Pengukuran jenis tanah ... 36

C. Besar Arus Hubung Singkat ... 41

D. Penentuan Luas Penampang Konduktor Pentanahan ………... …41

E. Bentuk Sistem Pentanahan Yang Digunakan Pada Gardu Induk Pare Pare……….42

F. Analisa Dan Perhitungan ... 44

- Tahanan Pentanahan ……….. 44

- Perhitungan Tegangan ………. 45

- Arus Fibrilasi………..………..45

BAB V. PENUTUP ... .. 52

A. Kesimpulan ... …52

B. Saran ... 52 DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

DAFTAR GAMBAR Halaman

Gambar2.1. Elektroda Batang Serta Posisi Pemasangannya ... 10

Gambar2.2. Elektroda Pentanahan Grid... 11

Gambar 2.3. Elektroda Plat ... 12

Gambar 2.4. Penghantar Elektroda Pentanahan Dari Jenis Tembaga ... 13

Gambar 2.5. Tegangan Sentuh Dengan Rangkaian Penggantinya ... 16

Gambar 2.6. Tegangan Langkah Dekat Peralatan Yang Diketanahkan ... 19

Gambar 2.7. Tegangan Pindah Dengan Rangkaian Pengganti ... 22

Gambar2.8. Pengukuran Tahanan Jenis Tanah Dengan Metode 4 Elektroda .. 28

Gambar 2.9. Metode Tiga Titik... 29

Gambar 2.10. Beberapa Bentuk Penyambungan Elektroda Pentanahan ... 35

Gambar 3.2. Sistim Pentanahan Pada Gardu Induk Pare-Pare ... 43

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Nilai Tahanan Jenis ... 8

Tabel 2.2. Tahanan Tubuh manusia ... 14

Tabel 2.3. Besar Tegangan Sentuh Yang Diizinkan dan Lama Gangguan ... 18

Tabel 2.4. Besar Tegangan Langkah Yang Diizinkan dan Lama Gangguan ... 20

Tabel 2.5. Arus Yang Masih Dapat Ditahan Oleh Tubuh Manusia Dengan Lama Gangguan 0,03 - 3,0 Detik ... 24

Tabel 2.6. Batasan-batasan Arus ... 27

Tabel 2.8. Jenis Elektroda Serta Ukurannya ... 33

Tabel 3.2. Hasil Pengukuran pada Gardu Induk Pare-Pare ... 51

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Lokasi gardu induk umumnya tersebar dan berada pada daerah yang kemungkinannya mempunyai struktur tanah yang berbeda-beda. Struktur tanah tersebut meliputi komposisi kandungan mineral-mineral tanah, susunan lapisan tanah ketebalan lapisan. Karakteristik tanah seperti ini akan menyebabkan tahanan jenis tanah berfariasi dan akan mempengaruhi besarnya tegangan sentuh dan tegangan langkah pada lokasi gardu induk. Peralatan gardu induk umumnya mempunyai bahan yang berbuat dari metal. Bilamana isolasi peralatan tidak berfungsi dengan baik, maka bagian-bagian yang tidak bertegangan akan menjadi bertegangan. Akibat lainnya adalah arus gangguan (arus bocor) yang mengalir pada bagian-bagian peralatan dan juga mengalir ke dalam tanah di sekitar gardu induk.

Gardu Induk mempunyai fungsi untuk menaikkan atau menurunkan tegangan sistem, memutuskan dan juga menyambung jaringan listrik yang akan menuju ke konsumen. Pada Gardu Induk terdapat beberapa macam peralatan, seperti transformator utama, peralatan hubung, peralatan hubung bagi, peralatan ukur, peralatan pengaman, dan peralatan kontrol. Oleh karena Gardu Induk berhubungan dengan tegangan yang relatif tinggi, maka di dalam dan di sekitar Gardu Induk sangat terpengaruh oleh gradien tegangan. Sehingga untuk itu diperlukan adanya suatu sistem perlindungan (pengaman) untuk mencegah

pengaruh tegangan tersebut terhadap makhluk hidup, terutama manusia yang berada di dalam ataupun di sekitar Gardu Induk tersebut.

Menurut Peraturan Umum Instalasi Listrik tahun 2000 (PUIL 2000) terdapat beberapa macam sistem perlindungan (pengaman) yang dapat digunakan untuk menghindari pengaruh arus dan tegangan terhadap manusia antara lain, saklar arus bocor, saklar pengaman arus sisa, pentanahan netral pengaman dan sistem pentanahan pengaman.

Namun khusus untuk Gardu Induk, sistem pengaman yang banyak digunakan adalah sistem pengamanan dengan menggunakan pentanahan pengaman. Seperti halnya dengan Gardu Induk lain, Gardu Induk Pare Pare, juga menggunakan pentanahan pengaman sebagai sistem pengamanan terhadap gangguan yang mungkin terjadi pada Gardu Induk tersebut.

Mengingat Gardu Induk Pare Pare, yang sekian tahun beroperasi, tentu saja berbagai macam komponen yang terdapat di dalamnya besar kemungkinan sudah tidak dalam kondisi yang normal (rusak), khususnya pada bagian pentanahan pengamannya sehingga dianggap perlu untuk diadakan evaluasi terhadap sistem pentanahan pengamannya apakah masih layak untuk digunakan dalam mengatasi gangguan yang terjadi, atau mungkin sudah saatnya untuk diadakan penggantian terhadap komponen yang sudah rusak tersebut.

Khusus pada Gardu Induk, kemungkinan terjadinya bahaya yang disebabkan oleh terjadinya arus gangguan yang cukup besar setiap saat bisa saja terjadi. Arus gangguan tersebut apabila tidak diatasi dengan baik akan dapat mengakibatkan kerusakan pada peralatan serta resiko bahaya terhadap manusia di

sekitar Gardu Induk tersebut. Untuk itu diperlukan sistem perlindungan (pengaman) berupa sistem pentanahan (pentanahan) yang baik sehingga dapat menyalurkan arus kesalahan dengan baik ke dalam tanah untuk menghindari bahaya yang lebih besar pada manusia dan peralatan yang ada pada Gardu Induk tersebut.

Berdasarkan pada hal tesebut di atas maka kami mencoba mengangkat topik di atas sebagai tugas akhir dengan judul “Evaluasi pentanahan dengan sistem grid road pada gardu induk pare pare” untuk mengetahui sejauh mana efektifitas sistem

pentanahan pada Gardu Induk Pare Pare, dalam mengatasi gangguan yang berhubungan dengan arus kesalahan setelah sekian tahun beroperasi.

B. Rumusan Masalah

Sistem pentanahan pada prinsipnya adalah bagaimana mengamankan suatu sistem atau peralatan listrik pada saat terjadinya arus gangguan sehingga dapat menghindarkan manusia dari bahaya dan peralatan dari resiko kerusakan dini akibat arus gangguan tersebut.

Berdasarkan pada uraian tersebut di atas, maka selanjutnya dapat dikemukakan identifikasi masalah sebagai berikut;

1. Perlunya sistem pentanahan yang memenuhi syarat-syarat keamanan pada Gardu Induk Pare Pare.

2. Apa Jenis dan tipe sambungan sistem pentanahan dan tahanan sistem pentanahan yang sesuai untuk pemasangan pada Gardu Induk Pare Pare.

Dalam pembahasan tugas akhir ini, masalah dibatasi hanya pada sistem pentanahan yang digunakan pada Gardu Induk serta perhitungan yang dapat dijadikan sebagai acuan serta bahan evaluasi, antara lain:

1. Besar arus yang dapat ditahan oleh tubuh manusia serta besarnya tahanan jenis tanah pada Gardu Induk Pare Pare.

2. Perhitungan besar tegangan langkah dan tegangan sentuh yang diizinkan dan tegangan sebenarnya.

D. Tujuan Penulisan

1. Untuk mengevaluasi efektifitas kerja dari sistem pentanahan pada Gardu Induk Pare Pare. Baik itu dalam kondisi normal ataupun dalam kondisi terjadi gangguan, sehingga masih dinyatakan aman

2. Untuk mendistribusikan tegangan tinggi serta aman terhadap peralatan dan makhluk hidup di sekitar Gardu Induk tersebut.

E. Metode Penulisan

Metode yang digunakan dalam penyusunan tugas akhir ini, antara lain:

1. Survey lapangan dan melakukan peninjauan langsung di lokasi Gardu Induk Pare Pare, untuk mendapatkan nilai tahanan jenis tanah.

2. Melakukan dialog dan meminta pandangan ataupun informasi yang berhubungan dengan tugas akhir ini kepada orang-orang yang berkepentingan.

3. Kepustakaan (Library Research), yaitu penulis membaca sejumlah buku yang ada hubungannya dengan sistem pentanahan, terutama yang sering diterapkan pada Gardu Induk.

F. Sistematika Pembahasan

Tugas akhir ini mempunyai susunan pembahasan sebagai berikut:

BAB I Terdiri dari Latar Belakang Masalah, Identifikasi Masalah, Batasan Masalah, Rumusan Masalah, Tujuan Penelitian, Metode Penulisan, dan Sistematika Penulisan

BAB II Tinjauan Pustaka BAB III Metodologi Penelitian BAB IV Kesimpulan dan Saran BAB V Penutup

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

A. Umum

Pada daerah kelistrikan yang memiliki tegangan tinggi sering terjadi kecelakaan terhadap manusia, seperti kontak langsung atau berada dalam daerah yang mempunyai gradien tegangan yang cukup besar. Olehnya itu sebuah switchyard selalu membutuhkan suatu sistem pentanahan, baik berupa pentanahan untuk sistem, maupun pentanahan untuk peralatan.

Bahaya yang mungkin terjadi di switchyard terutama disebabkan oleh arus yang mengalir ke tanah akibat adanya gangguan hubung singkat ke tanah.

Gangguan hubung singkat pada sistem akan menimbulkan arus hubung singkat yang besar, tergantung dari besar kecilnya tegangan sistem itu. Untuk mendistribusikan arus gangguan dengan cepat ke tanah, maka dibutuhkan tahanan sistem pentanahan yang sekecil mungkin serta dirancang khusus agar gradien potensial yang timbul dan tegangan kontak ke tanah seiuruhnya seragam dan berada pada batas yang aman.

B. Tujuan pentanahan

Secara umum tujuan pentanahan adalah sebagai pengaman dari arus bocor yang terjadi pada peralatan untuk menghindari tegangan sentuh terhadap orang yang menyentuh peralatan pada saat terjadi gangguan.

Gardu Induk adalah daerah yang amat peka dengan gradien tegangan tinggi, karena itu sistem pentanahan yang digunakan pada daerah ini juga harus cukup peka dalam mengamankan peralatan pada saat terjadinya gangguan.

Pentanahan Gardu Induk pada dasarnya dilakukan dengan menanamkan batang-batang konduktor secara vertikal ke dalam tanah, namun dalam perkembangannya juga dilakukan dengan menanamkan batang-batang konduktor secara horizontal dengan permukaan tanah, hal ini dilakukan karena pada daerah berbatu sangatlah sulit untuk menanam konduktor sesuai dengan yang dilakukan pada jenis tanah biasa.

C. Tahanan Jenis Tanah

Tahanan jenis tanah adalah nilai tahanan berdasarkan jenis tanahnya. Di dalam perencanaan sistim pentanahan serta evaluasinya, tahanan jenis tanah merupakan factor penentu keberhasilan pengukuran nilai pentanahan yang diinginkan. Adapun besarnya tahanan jenis tanah sangat dipengaruhi oleh faktor di bawah ini:

- Komposisi tanah - Temperatur tanah - Kelembaban tanah

- Kadar garam dalam tanah 1. Komposisi tanah

Tanah terdiri atas partikel padat, cair dan gas yang membentuk lapisan tanah. Dalam perencanaan dan evaluasi sistim pentanahan, tahanan jenis tanah

diperoleh dari nilai rata-rata pada pengukuran di beberapa tempat pada daerah Gardu Induk.

Pada tabel 2.1 dibawah ini diperlihatkan nilai tahanan jenis tanah untuk beberapa jenis tanah

Tabel 2.1 Nilai Tahanan Jenis

Jenis tanah Tahanan Jenis (Q-m) Tanah rawa

Tanah liat dan tanah ladang Pasir basah

Kerikil basah

Pasir dan kerikil kering Tanah berbatu

30 100 200 500 1000 5000

Nilai-niiai tahanan jems tanah pada tabel di atas tidak akan digunakan dalam mengevaluasi sistim pentanahan kerena untuk mendapatkan nilai-nilai tersebut akan dilakukan pengukuran langsung disesuaikan dengan jenis tanah di lapangan.

2. Kelembaban Tanah

Kadar air dalam tanah sangat mempengaruhi tahanan jenis tanah, dimana semakin besar konsentrasi air dalam tanah, konduktivitas tanah akan semakin besar, dengan demikian tahanan jenis tanah akan semakin kecil.

Keadaan tanah dengan konsentrasi air yang terkandung di bawah 10%

mempunyai tahanan jenis tanah yang besar, dengan demikian tanah tersebut menjadi isolator yang baik. Tetapi dengan kenaikan konsentrasi air sampai 15%,

tahanan jenis tanah akan menurun dengan cepat sekali atau akan menjadi konduktor yang baik.

3. Temperatur Tanah

Nilai tahanan jenis tanah juga dipengaruhi oleh temperatur tanah di sekitar elektroda pentanahan. Hal ini akan lebih jelas perubahannya pada temperatur dibawah titik beku (0°).

Bila temperatur naik, air akan berubah menjadi fasa air, molekul-molekul akan bebas bergerak sehingga daya hantar listrik tanah akan menjadi lebih besar, tahanan jenis tanah menjadi kecil. Pada temperatur tanah yang lebih tinggi akan menyebabkan air dalam tanah akan menguap yang mengakibatkan keadaan tanah semakin kering, maka tahanan jenis tanah semakin besar.

4. Kadar Garam

Pengaruh musim juga berpengaruh terhadap besar kecilnya nilai tahanan jenis tanah, karenanya untuk mengurangi pengaruh musim tersebut terhadap perubahan tahanan jenis tanah, maka akan dilakukan dengan cara memberikan sodium clorida, dan sodium carbonate, sehingga zat-zat inilah yang menjadi penyeimbang terhadap peningkatan tahanan jenis tanah.

D. Macam-macam Elektroda Pentanahan

Pada dasarnya sistem pentanahan yang dilakukan balk terhadap peralatan- peralatan industri, rumah tangga dan sejenisnya dilakukan dengan menggunakan:

1. Elektroda batang 2. Elektroda strip 3. Elektroda plat

Pemakaian elektroda-elektroda tersebut disesuaikan juga dengan kondisi tahanan jenis tanah, dengan perhitungan dan pertimbangan berdasarkan jenis tanah dimana elektroda pentanahan tersebut akan dipasang.

1. Elektroda batang

Pentanahan dengan elektroda batang adalah pentanahan yang menggunakan satu atau lebih batang penghantar yang ditanam vertikal terhadap permukaan tanah.

Pentanahan yang menggunakan satu batang penghantar merupakan suatu cara pentanahan dengan elektroda batang yang paling sederhana.

Kedalaman penanaman, diameter elektroda serta jumlah elektroda yang digunakan disesuaikan dengan tahanan pentanahan yang dikehendaki. Pemilihan sistem pentanahan dengan menggunakan elektroda batang disesuaikan dengan keadaan tanah, dalam hal ini dianjurkan untuk tidak menggunakan elektroda batang untuk jenis tanah kering dan berbatu.

Gambar 2.1 Elektroda batang serta. posisi pemasangannya Dimana:

y = kedalaman tertanam ( m) x = jarak antara elektroda ( m)

2. Elektroda Strip

Pentanahan dengan menggunakan elektroda strip merupakan pentanahan yang menggunakan elektroda yang berbentuk pita, cincin dan dipilin yang ditanam secara horisontal terhadap permukaan tanah. Ada beberapa bentuk pemasangan elektroda strip, yaitu dengan bentuk grid dan bentuk cincin.

a. Sistem pentanahan elektroda strip dengan bentuk grid

Pentanahan bentuk grid adalah bentuk pentanahan dimana kawat konduktor ditanam sejajar serta saling berhubungan membentuk jala-jala (grid) serta horisontal terhadap permukaan tanah. Bentuk grid ini dapat berupa bujur sangkar atau empat persegi panjang. Tergantung ukuran grid yang digunakan.

Bentuk pentanahan grid seperti pada gambar berikut:

Gambar 2.2 Elektroda Pentanahan Grid b. Sistem Pentanahan Elektroda Strip dengan bentuk cincin

Pentanahan dengan bentuk cincin adalah dengan membentuk elektroda pentanah^n strip menyerupai bentuk cincin (melingkar) dan kemudian menanam elektroda tersebut secara horisontal ke dalam tanah. Pentanahan jenis ini biasanya dilakukan pada daerah yang berbatu dan kering dimana sulit untuk menanam elektroda batang

c. Sistem pentaaahan elektroda pita

Pentanahan elektroda pita adalah elektroda yang dibuat dari penghantar berbentuk pita atau berpenampang bulat atau pilin yang pada umumnya di tanam secara dangkal,

Pentanahan dengan cara ini terutama dipakai pada daerah-daerah yang berbatu dan sukar untuk menanam elektroda batang. Pada umumnya elektroda pita ini ditanam sedalam 0,5 m sampai 1 m tergantung dari jenis tanahnya.

Sistem pentanahan dengan bentuk pita ini paling sering digunakan pada sistem pentanahan Gardu Induk karena:

1) Memperkecil gradien yang timbul pada permukaan tanah.

2) Untuk memperoleh tahanan pentanahan yang kecil sesuai dengan dikehendaki, penanaman elektroda pentanahan tidak perlu terlalu dalam.

3) Hubungan dari elektroda pentanahan ke peralatan cukup praktis dan sederhana.

3. Elektroda Plat

Pentanahan dengan sistem plat adalah elektroda dari bahan logam utuh atau berlubang dan pada umumnya ditanam secara dalam, dengan cara ditanam secara horisontal atau vertikal ke dalam tanah, seperti pada gambar berikut

Gambar 2.3. Elektroda plat

Dimana:

a = panjang plat (m) b = lebar plat (m)

t = jarak permukaan tanah dengan tepi atas plat (m)

E. Bahan Elektroda Pentanahan

Sebagai bahan yang umum digunakan untuk elektroda pentanahan adalah tembaga atau baja yang dilapisi tembaga, kecuali pada tempat-tempat yang mengharuskan memakai bahan lain akibat keadaan tempat yang tidak mengizinkan misalnya pada daerah industri kimia.

Tembaga banyak digunakan sebagai elektroda pentanahan karena tahan terhadap korosi dan mempunyai daya hantar listrik yang baik. Adapun syarat-syarat untuk penghantar pentanahan ini adalah :

1. Mempunyai daya hantar yang cukup baik, sehingga tidak menimbulkan gradien potensial di sekitar tempat pentanahan.

2. Tahan terhadap korosi, dan tidak mudah rusak dalam jangka waktu yang lama.

3. Tahan terhadap tekanan mekanis.

4. Tahan terhadap arus gangguan dan sanggup dialiri arus selama gangguan terjadi.

F. Tahanan Tubuh Manusia

Tahanan tubuh manusia berkisar antara 500 Ω sampai 1000 Ω tergantung dari besar tegangan, keadaan kulit pada tempat kontak dan jalannya arus dalam tubuh. Kulit yang terdiri dari lapisan tanduk mempunyai tahanan tinggi, tetapi terhadap tegangan tinggi, kulit yang menyentuh konduktor langsung terbakar, jadi tahanan kulit ini tidak berarti apa-apa, Jadi hanya tahanan tubuh yang dapat membatasi arus.

Penyelidikan dan penelitian tahanan tubuh manusia yang diperoleh beberapa orang ahli adalah seperti yang tercantum pada tabel di bawah ini:

Tabel 2.2 Tahanan tubuh manusia

Penettti Tahanan ( Ω) Keterangan

Daziel 500 Dengan tegangan 60 cps

AIEE Commite - 2330 Dengan tegangan 21 volt

Report 1958 1130 Tangan ke tangan Ik = 9 mA

1680 Tangan ke kaki

800 Tangan ke tangan dengan arus DC

Laurent 3000 Tangan ke kaki dengan 50 cps

G. Keadaan Gangguan Tanah

Secara umum bahaya-bahaya yang mungkin dapat ditimbulkan oleh tegangan atau arus listrik pada keadaan gangguan tanah terhadap manusia dapat dikelompokkan menjadi jenis bahaya ringan misalnya hanya mengalami kejutan kecil, pingsan sampai pada bahaya yang paling parah yaitu meninggal dunia.

Ringan atau beratnya bahaya yang ditimbulkan, tergantung dan faktor- faktor di bawah ini:

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 pada manusia, dalam hal terjadi kontak langsung atau manusia berada di dalam suatu daerah yang mempunyai gradien tegangan yang tinggi. Tetapi seperti yang telah disebutkan bahwa yang menyebabkan bahaya tersebut adalah besarnya arus gangguan yang mengalir dalam tubuh manusia.

Arus gangguan ini akan mengalir pada bagian-bagian peralatan yang terbuat dari metal (logam) dan juga mengalir dalam tanah di sekitar switchyard. Arus gangguan tersebut menimbulkan gradien tegangan di antara peralatan dengan peralatan, peralatan dengan tanah dan juga gradien tegangan pada permukaan tanah itu sendiri. Dan untuk lebih lanjut akan ditinjau beberapa kemungkinan terjadmya tegangan dan kondisi orang yang sedang berada di dalam dan di sekitar switchyard tersebut.

Sulit untuk menentukan secara tepat mengenai perhitungan tegangan yang mungkin timbul akibat kesalahan, hingga arus mengalir ke tanah apalagi terhadap orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar switchyard. Untuk menganalisa keadaan ini maka diambil beberapa pendekatan sesuai dengan kondisi orang yang sedang berada di dalam atau di sekitar switchyard tersebut pada saat terjadi

kesalahan ke tanah. Pada hakekatnya perbedaan tegangan selama mengalirnya arus gangguan ke tanah dapat digambarkan sebagai:

a. Tegangan sentuh b. Tegangan langkah c. Tegangan pindah a. Tegangan sentuh

Tegangan sentuh adalah tegangan yang terdapat di antara suatu obyek yang disentuh dan suatu titik berjarak 1 meter, dengan asumsi bahwa obyek yang disentuh dihubungkan dengan kisi-kisi pentanahan yang berada di bawahnya.

Besar arus gangguan di batasi oleh tahanan orang dan tahanan kontak ke tanah dari kaki orang tersebut seperti ditunjukkan pada persamaan 2.1 di bawah ini:

Gambar 2.5. Tegangan sentuh dengan Rangkaian Penggantinya

Dari rangkaian pengganti dapat dilihat hubungan sebagai berikut :

Etouch = + Ik………..(2.1)

dimana :

Etouch = Tegangan sentuh yang di izinkan (volt) Rk = Tahanan badan orang (1000 ohm)

Rf = Tahanan kontak ke tanah dan satu kaki pada tanah yang diberi lapisan koral 10 cm (3000 ohm)

Ik = Besarnya arus yang melalui badan ( A )

Tahanan badan manusia, sebagaimana telah diselidiki oleh beberapa ahli terdapat dalam tabel 2.2 dan sebagai harga pendekatan diambil Rk = 1000 ohm.

Tahanan Rf mendekati harga 3 ps dimana ps adalah tahanan jenis tanah di sekitar permukaan. Arus Ik diambil dengan harga Ik = 0,116/√ .

Dengan demikian tegangan sentuh menjadi :

Etouch = 1000 + 3 ^,_√ ... (2.2) Dimana:

ρs = Tahanan jenis tanah di sekitar permukaan tanah 3000 ohm meter t = Waktu kejut (detik) atau lama gangguan tanah

Tabel 2,3. Besar tegangan sentuh yang diizinkan dan lama gangguan

Lama gangguan t(detik) Tegangan sentuh yang diizinkan (volt) 0,1

0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,0 3,0

1.980 1.400 1.140 990 890 626 443 362

Tegangan sentuh yang mungkin terjadi akibat adanya arus gangguan (Tegangan sentuh sebenarnya), dapat dihitung dengan menggunakan rumus:

Em = ^{. . .} Dimana:

Kl = Faktor koreksi ketidakrataan kerapatan arus yang dihitung dengan menggunakan rumus empiris = 0,65 + 0,172. N

D = Jarak antara konduktor parallel

h = Kedalamam penanaman konduktor kisi-kisi

n = Jumlah konduktor parallel pada kisi-kisi utama tidak termasuk konduktor melintang

d = Diameter konduktor kisi-kisi ρ = Tahanan jenis tanah

I = Besar arus gangguan tanah

L = Panjang keseluruhan konduktor pentanahan termasuk electrode Jadi:

Km =

π In. +

πIn

!"^#"^$_%" ^& " … … … . " ^{()* +,}_{()* +,} b. Tegangan langkah

Tegangan langkah adalah yang timbul diantara dua kaki orang yang sedang berdiri di atas tanah yang sedang dialiri oleh arus kesalahan ke tanah.

Untuk lebih jelas dapat dilihat pada gambar 2.6. Dalam hal ini dimisalkan jarak antara kedua kaki adalah 1 m dan diameter kaki dimisalkan 8 cm dalam keadaan tidak memakai sepatu

Gambar 2.6. Tegangan langkah dekat peralatan yang diketanahkan

Dengan menggunakan rangkaian pengganti dapat ditentukan tegangan langkah yang diizinkan, seperti pada persamaan di bawah ini:

Eℓ=(Rk+2Rf)Ik... (2.3) Eℓ= (1000+6ρs)x ^{( , +}

√

Dimana:

Eℓ = Tegangan langkah (volt).

Rk = Tahanan badan orang (ohm).

Rf = Tahanan kontak ke tanah dari satu kaki t = Waktu kejut

ρs = Tahanan jenis tanah di sekitar permukaan tanah.

Dalam label 2.4 diberikan besar tegangan langkah yang diizinkan dan lama gangguan.

Tabel 2.4 Besar Tegangan Langkah yang diizinkan dan lama gangguan

Lama gangguan / (detik) Tegangan langkah yang diizinkan(volt) 0,1

0,2 0,3 0,4 0,5 1,0 2,0 3,0

7000 4950 4040 3500 3140 2216 1560 1280

Sedangkan untuk menghitung tegangan langkah sebenarnya, maka digunakan persamaan di bawah ini;

Estep = Ks.Ki.ρ ^{- .-} ……….(2.5)

Dimana

Ks = Koefisien yang dimasukkan dalam perhitungan karena efek jumlah (n), jarak (D) dari konduktor grid.

Ki = Faktor koreksi ketidakrataan, dengan memperhatikan ketidak seragaman arus tanah yang mengalir pada bagian-bagian grid yang berbeda.

N = Banyaknya penghantar grid paralel pada suatu jurusan ρ = Tahanan jenis tanah rata-rata (Ω-m)

Ikmak = Besar arus maksimum total rms dalam A yang mengalir diantara pentanahan grid dan tanah, dengan memperhatikan decrement factor dan perkembangan sistem yang akan datang.

L = Panjang keseluruhan konduktor grid tertanam (m) Ks =

π

+

_,

+ + + ⋯ … … . . +

_{()* +} ^……(2.6)

D = Jarak konduktor grid yang sejajar (m) h = Kedalaman penanaman konduktor grid (m) c. Tegangan pindah

Tegangan pindah adalah hal khusus dan tegangan sentuh, dimana tegangan ini terjadi bila pada saat terjadi kesalahan, orang berdiri di dalam switchyard, dan menyentuh suatu peralatan yang diketanahkan pada titik jauh sedangkan alat tersebut dialiri oleh arus kesalahan ke tanah.

Gambar 2.7. Tegangan pindah dengan rangkaian pengganti

Gambar diatas terlihat bahwa orang akan merasakan tegangan yang lebih besar bila dibandingkan dengan tegangan sentuh seperti pada gambar 3.1.

Tegangan pindah akan sama dengan tegangan pada tahanan kontak pentanahan total. Tegangan pindah itu sulit dibatasi, tetapi biasanya konduktor-konduktor telanjang yang terjangkau oleh tangan manusia telah diisolasi, dari gambar 2.7 diperoleh:

Epindah = I Ro, dengan anggapan Ik≤ I sebab

+ Rk ≥ Ro Dan:

Ro = _!0 + ………..(2.7)

Dimana:

r = Jari-jari ekivalen dari luas switchyard

L = Panjang total dari konduktor kisi-kisi dan batang

Untuk waktu tertentu dari arus gangguan dalam detik, tegangan pindah yang diizinkan adalah sama dengan tegangan sentuh,

2. Arus melalui tubuh manusia

Kemampuan tubuh manusia terbatas 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 masih sukar untuk ditetapkan. Dalam hat ini telah banyak diselidiki oleh para ahli dengan berbagai macam percobaan baik dengan baik dengan tubuh manusia sendiri maupun menggunakan hewan tertentu. Dalam batas-batas tertentu dimana besarnya arus beban 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 kemudian dibagi seperti di bawah ini :

a. Arus mulai terasa atau arus persepsi b. Arus mempengaruhi otot

c. Arus mengakibatkan pingsan atau mati d. Arus reaksi

Tabel 2.5 Arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia dengan lama gangguan 0,03 - 5,0 detik

Lama gangguan (detik)

Ik 50 kg ( Ampere )

Lama gangguan (detik)

Ik 70 kg ( Ampere )

0,03 0,67 0,03 0,905

0,5 0,164 0,5 0,2218

0,75 0,13 0,75 0,173

1,0 0,116 1,0 0,1568

1,5 0,0948 1,5 0,1280

2,0 0,08215 2,0 0,1109

2,5 0,07348 2,5 0,099

3,0 0,06708 3,0 0,0905

a. Arus persepsi

Bila orang memegang penghantar yang diberi tegangan mulai dari nol dan dinaikkan sedikit demi sedikit, arus listrik yang melalui tubuh orang tersebut akan memberi pengaruh. Mula-mula akan merangsang syaraf sehingga akan terasa suatu getaran yang tidak berbahaya, bila dengan arus bolak balik.

Tetapi bila dengan arus searah akan terasa sedikit panas pada telapak tangan yang menyentuhnya.

Pada Electrical Testing Laboratory New York tahun 1933 telah dilakukan pengujian terhadap 40 orang laki-laki dan perempuan dan didapat arus rata-rata yang disebut dengan Thereshold Perception Current sebagai berikut:

- Untuk laki-laki : 1,1 mA - Untuk perempuan : 0,7 mA b. Arus mempengaruhi otot

Bila tegangan yang menyebabkan terjadinya arus persepsi dinaikkan lagi maka otot-otot akan terasa kaku sehingga orang tersebut tidak berdaya lagi untuk melepaskan konduktor yang dipegangnya itu.

Di University of California Medical School telah dilakukan penyelidikan terhadap 134 orang laki-laki dan 28 orang perempuan dan diperoleh angka rata-rata dari arus yang mempengaruhi otot sebagai berikut:

- Untuk laki-laki : 16 mA - Untuk perempuan : 10,5 mA

Berdasarkan penyelidikan ini telah ditetapkan batas arus maksimum dimana orang masih dapat dengan segera melepaskan konduktor bila terkena arus listrik sebagai berikut:

- Untuk laki-laki ;9mA - Untuk perempuan : 6 mA c. Arus fibrilasi

Apabila arus yang melewati tubuh manusia lebih besar dan arus yang mempengaruhi otot dapat mengakibatkan orang menjadi pingsan bahkan sampai mati. Hal ini disebabkan arus listrik tersebut mempengaruhi jantung yang disebut dengan ventricular fibrilation yang menyebabkan jantung berhenti bekerja dan peredaran darah tidak jalan dan orang akan segera mati. Untuk menyelidiki keadaan ini tidak mungkin dilakukan terhadap manusia. Untuk

mendapatkan nilai pendekatan suatu percobaan telah dilakukan dengan menggunakan binatang yang mempunyai badan dan jantung yang kira-kira sama dengan manusia. Dari percobaan tersebut dapat ditarik kesimpulan bahwa 99,5 % dari semua orang yang beratnya lebih kurang 50 kg masih dapat bertahan terhadap besar arus dengan waktu yang ditentukan dan persamaan sebagai berikut:

Ik². t = K atau Ik = ^√

√ ...(2.8) Dimana :

K = 0,0135 untuk manusia dengan berat 50 kg

= 0,0246 untuk manusia dengan berat 70 kg Rumus besar arus lewat tubuh manusia dengan berat 50 kg

Ik = ^,

√ ... (2.9) Dimana:

Ik = Besamya arus lewat tubuh manusia (A)

t = Waktu arus lewat tubuh manusia atau lama gangguan tanah.

d. Arus reaksi

Arus reaksi adalah arus terkecil yang dapat mengakibatkan orang menjadi terkejut, hal ini cukup berbahaya karena dapat mengakibatkan kecelakaan sampingan. Karena terkejut orang dapat jatuh dari tangga, melemparkan peralatan yang sedang di pegang yang dapat mengenai bagian- bagian instalasi bertegangan tinggi sehingga terjadi kecelakaan yang lebih fatal,

Penyelidikan yang terperinci dimana batasan-batasan arus tersebut disusun menurut label dibawah ini:

Tabel 2.6 Batasan batasan Ants Besar arus

(mA)

Pengaruh pada tubuh manusia

0-0,9 Belum dirasakan pengaruhnya dan tidak menimbulkan reaksi apa-apa

0,9 –U Baru terasa adanya arus listrik, tetapi tidak menimbulkan akibat kejang, kontraksi atau kehilangan control

1,2-1,6 Mulai terasa seakan-akan ada yang merayap di dalam tangan 1,6-6,0 Tangan sampai ke siku terasa kesemutan

6,0-8,0 Tangan mulai kaku, rasa kesemutan makin bertambah

13-15 Rasa sakit tak tertahankan, penghantar masih dapat melepaskan, namun dengan gaya yang besar sekali

15-20 Otot tidak sanggup lagi melepaskan penghantar 20-50 Dapat mengakibatkan kerusakan pada tubuh manusia 50-100 Batas arus yang dapat menyebabkan kematian

e. Pengukuran tahanan tanah

Pengukuran tahanan tanah adalah pengukuran yang dilakukan untuk mengetahui besar tahanan tanahnya berdasarkan kondisi tanah. Pengukuran tahanan tanah ini dimaksudkan untuk memperoleh nilai tahanan tanah ini dimaksudkan untuk memperoleh nilai tahanan tanah yang sebenarnya. Tahanan jenis tanah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan di bawah ini:

ρ = 2πa.R ...(2.10)

p = Tahanan jenis rata-rata tanah (ohm-meter) a = Jarak elektroda pengukuran (meter) R = Besar tahanan yang terukur (ohm)

Adapun jarak elektroda pada pengukuran dan cara melakukannya, biasanya dengan cara:

1. Metode empat titik/elektroda (four electrode method).

Pengukuran tahanan jenis tanah dengan metode empat elektroda menggunakan 4 buah elektroda, baterai 12 volt, sebuah amperemeter dan voltmeter yang sensitive, sebagaimana terlihat dalam gambar.

Gambar 2.8. Pengukuran tahanan jenis tanah dengan metode 4 elektroda 2. Metode tiga titik/elektroda (three-point method),

Metode tiga titik dimaksudkan untuk mengukur tahanan pengetanahan.

Misalkan 3 buah batang pengetanahan dimana batang 1 yang tahanannya hendak diukur, dan batang - batang 2 dan 3 sebagai batang pengetanahan pembantu yang juga belum diketahui tahanannya.

Gambar 2.9 Metode tiga titik

1. Tahanan sistem Pentanahan Switchyard

Pada dasarnya daerah-daerah yang memiliki pengaruh tegangan tinggi, sangat dibutuhkan nilai tahanan yang sekecil-kecilnya. Salah satu pilihan untuk memperoleh nilai tahanan yang kecil adalah dengan memasang tahanan elektroda pentanahan strip dengan model grid, sedangkan pada sisi arrester hanya menggunakan elektroda batang ( driven rod ). Model grid ini dipilih karena akan lebih mudah untuk mendapatkan nilai tahanan tanah yang kecil. Sistem pentanahan yang digunakan oleh Gardu Induk Pinrang, Fare-pare, Barru adalah sistem pentanahan bentuk grid dan driven rod.

Untuk menghitung tahanan sistem pentanahan grid ini agak sukar. Suatu cara perhitungan dengan suatu pendekatan oleh Laurent dan Niemann adalah dengan memodifikasi rumus elektroda plat berbentuk lingkaran.

Adapun rumus tahanan pentanahan sistem grid adalah:

R =!0 + ... (2.11)

Dimana:

r = Jari-jari lingkaran plat pengganti seluas sistem grid (meter) ρ = Tahanan jenis tanah (ohm-meter)

L = Panjang keseluruhan kawat elektroda sistem pentanahan (meter).

Seperti diketahui, bahwa jenis pentanahan dengan tipe strip, termasuk didalamnya adalah pentanahan dengan model grid, pita, cincin atau penghantar pilin.

j. Arus Hubung Singkat Maximum

Besar arus hubung singkat pada saat gangguan, sebenarnya terdiri dari : 1. Arus bolak-balik (AC)

2. Arus Searah (DC)

Kadang-kadang nilai sesaat arus hubung singkat bisa mencapai 100 KA.

Karena arus ini, dalam instalasinya akan menimbulkan gaya-gaya elektro dinamis yang sangat besar dan dapat merusak instalasinya . Karena itu arus hubung singkat ini harus diputuskan, sebelum ia mencapai nilai maximumnya dan membahayakan instalasi.

Kalau timbul arus hubung singkat yang besar, elemen leburnya akan putus sedemikian cepat hingga arus hubung singkatnya dipotong, sebelum mencapai nilai yang membahayakan.

Dibawah ini adalah perhitungan nilai maksimum arus hubung singkatnya:

Ikoletmaks = Ikef √2...,(2.12)

Dimana:

Ikoletmaks = arus hubung singkat maksimum

Ikef = nilai efektif arus hubung singkat

Selain dengan rumus untuk mencan arus hubung singkat di atas, maka juga dapat dicari dengan persamaan:

E = I.R ... (2.13) Dimana:

E = Tegangan maksimum yang diamankan sistem pentanahan (volt) I = Arus hubung singkat maksimum grid (Ampere)

R = Tahanan pentanahan grid

k. Panjang Dan Luas Penampang Konduktor Pentanahan

Panjang konduktor sistem pentanahan dan luas penampang sangat menentukan dalam perhitungan tahanan pentanahan, hal ini disebabkan karena panjang konduktor (L) berbanding terbalik dengan tahanan (R). Khusus untuk sistem pentanahan grid dalam menentukan besar tahanan sistem pentanahannya sesuai dengan persamaan 3.8. dimana terlihat makin besar panjang konduktor pentanahan yang digunakan, maka akan didapatkan tahanan pentanahan yang semakin kecil.

Penentuan besar penampang konduktor untuk elektroda pentanahan sistem grid harus diperhatikan arus maksimum yang akan melalui konduktor dan batas temperatur yang diperbolehkan. Untuk menghitung besar penampang konduktor digunakan persamaan yang dikemukakan oleh Sverak sebagai berikut:

A = IKmaks

2

₃₄₅ ⁶⁷⁸⁶⁹

:;<69, ………..(2.14)

I = Arus gangguan yang mengalir ke tanah (KA) A = Penampang konduktor (circular mil)

1 circular mil (A) = 0,0005060 mm2 t = Lama gangguan (0,02 - 3 detik) Tm = Temperatur yang diizinkan

Untuk pengelasan Tm = 450°C

Untuk baut Tm = 30°C Ta — Temperatur rata-rata di dalam tanah sekitar konduktor diambil

nilai pendekatan 30° C.

Dengan memperhatikan kemampuan daya hantar arus listnk dan pengaruh korosi, maka elektroda pembuman dapat dipilih sesuai tabel.

Tabel 2.8 Jenis elektroda serta ukurannya Jenis

Elektroda

Baja berlapis seng dengan proses

pemanasan

Baja berlapis tembaga

Tembaga

Elektroda Pita baja 100 mm² tebal Pita tembaga 50

Pita minimum 3 mm.

Hantaran pilin 95 mm² (bukan kawat halus)

50mm² mm² tebal

minimum 2 mm.

Hantaran pilin 35 mm2 (bukan kawat halus) Elektroda

Batang

Pipa baja l"

baja profil : -L65x65x7 -U61/2 -T6

Baja berdiameter 15 mm=dilapisi tembaga setebal 2,5mm

Elektroda Plat

Plat besi tebal 3 mm luas 0,5 sampai 1 m²

Plat tembaga tebal 12 mm luas 0,5 -1m-²

l. Syarat Aman Switchyard

Menurut IEEE, sebuah switchyard dapat dikatakan aman, dengan penerapan sistem pentanahan yang ada, selain dengan penerapan sistem pentanahan dengan baik, pemasangan pagar disekelilingnya, penjagaan satpam (pos keamanan), maka tegangan langkah yang diizinkan di sekitar switchyard juga harus diketahui.

Tegangan langkah sebenarnya mempunyai nilai lebih kecil daripada tegangan yang diizinkan. Secara matematis dapat ditulis menjadi:

Estep sebenarnya < Estep yang diizinkan KsKiρ < ^{( , ,$ +}

√ ...(2.15)

Dengan mengetahui tegangan langkah di sekitar switchyard, maka kita dapat memasang pembatas sebagai tanda daerah aman untuk makhluk hidup.

m. Sistem Penyambungan Elektroda Pentanahan

Penyambungan elektroda pentanahan adalah menggabungkan dua buah penghantar pentanahan atau elektroda pentanahan, dengan menggunakan sambungan Idem, baut atau di patri.

Berikut ini diperlihatkan beberapa bentuk sambungan antara elektroda pentanahan dengan rod/pipa, elektroda dengan elektroda, elektroda dengan bus bar, elektroda dengan plat, dan elektroda dengan permukaan besi/baja.

b) Sambungan antara pentanahan dengan elektroda rod

c) Sambungan antara elektroda pentanahan dengan besi tabung

d) Sambungan antara elektroda pentanahan dengan elektroda Pentanahan

e) Sambungan antara elektroda pentanahan dengan busa bar

f) Sambungan antara elektroda pentanahan dengan besi/baja

Gambar 2.10 Beberapa bentuk penyambungan elektroda pentanahan

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Waktu dan Tempat - Waktu

Pembuatan tugas akhir ini akan dilaksanakan selama 6 bulan, mulai dari bulan Agustus sampai November 2014 sesuai dengan waktu yang terdapat pada jadwal penelitian. Yang dilakukan pada PT. Gardu Induk Pare-Pare

B. Diagram Blok

Adapun blok diagram elektroda adalah sebagai berikut

C. Langkah Penelitian

- Penentuan Jenis Tanah

Jenis tanah juga dapat mempengaruhi tahanan pentanahan serta jenis elektroda yang akan digunakan pada sistim pentanahan, sehingga dapat mencapai harga tahanan pentanahan yang kecil dan penentuan jenis tanah pada setiap tempat atau lokasi dapat diketahui dengan melihat langsung keadaan tanah tersebut, apakah tanah tersebut tanah liat dan tanah pertanian/ladang ataukah tanah berpasir yang lembab dan sebagainya.

- Penentuan Tahanan Jenis Tanah

Penentuan tahanan jenis tanah yang ada pada lokasi pengukuran

- Type Pentanahan

Type pentanahan yang digunakan hams disesuaikan dengan jenis tanah dimana sistim pentanahan akan dilaksanakan dan telah dijelaskan sebelumnya bahwa ada beberapa macam type pentanahan yang dapat digunakan dalam sistim pentanahan antara lain adalah type radial, type grip, type satu batang yang di tancap kedalam tanah, dan sebagainya.

- Jenis Elektroda Pentanahan

Jenis Elektroda sangat menunjang dalam pencapaian tahanan pentanahan yang mencapai nilai kecil dan telah pula diketahui bahwa jenis elektroda yang dapat digunakan pada sistem pentahanan antara lain adalah elektroda batang, elektroda pita, elektroda plat dan elektroda lainnya.

- Penentuan Tahanan Pentanahan

Penentuan tahanan pentanahan tidak dapat dilakukan hanya dengan melihat jenis tanah dan elektroda yang terpasang, akan tetapi hams melalui suatu pengukuran. Alat yang digunakan untuk mengetahui tahanan pentanahan disebut Megger atau Eart Resistance Tester. Alat ini terdiri dua macam yaitu analog dan digital.

- Pengukuran

Adapun langkah pengukuran adalah sebagai berikut:

Mengukur satu persatu tahanan pentanahan yang terpasang dengan langkah sebagai tertentu.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Umum

Sebagaimana telah diuraikan pada Bab sebelumnya, bahwa masalah pentanahan sangatlah penting dalam bidang kelistrikan, terutama pentanahan badan peralatan yang berada didalam Gardu Induk agar tidak mengalami kerusakan yang disebabkan oleh timbulnya beban lebih, arus hubung singkat maupun akibat gangguan petir.

Sistem pentanahan Gardu Induk Pare, menggunakan sistim grid.

Penggunaan sistem grid untuk daerah pentanahan Gardu Induk yang cukup luas sangat cocok, karena tidak memerlukan penanaman yang lebih dalam, biayanya murah serta relatif cocok untuk semua jenis tanah. Namun yang perlu diperhatikan bahwa arus gangguan tanah yang mengalir ditempat gangguan maupun ditempat pentanahan Gardu Induk dapat menimbulkan perbedaan tegangan pada permukaan tanah dan dapat mengakibatkan terjadinya tegangan sentuh serta tegangan langkah yang melampaui batas-batas yang ditentukan. Untuk mengatasi gangguan perbedaan tegangan pada gardu induk, maka tahanan pentanahannya diusahakan sekecil mungkin.

B. Pengukuran tahanan jenis tanah

Pengukuran tahanan jenis tanah dilakukan dengan keadaan di lapangan sebagai berikut :

a. Keadaan Tanah - Kering

- Coklat kehitam-hitaman

b. Temperatur sekitarnya = 30° C

Pengukuran tahanan jenis tanah berdasarkan gambar diatas dengan jarak masing-masing elektroda ( a = 15 meter ), maka didapat hasil sebagai berikut :

V = 4,1 Volt I = 9,9 Ampere Dimana ;

R = ⁼ = ^!,

&,&

= 0,41 Ohm

Jadi, besar tahanan jenis tanah secara pengukuran dengan menggunakan rumus maka didapat hasil sebagai berikut :

ρ = 2πaR

= 2 x 3,14 x 15 x 0,41

= 38,622 ohm meter

Karena pada umumnya disekitar Gardu Induk ditaburkan batu batuan, maka tahanan jenis tanahnya menjadi besar. Pada tabel telah dientukan spesifikasi tahanan jenis tanah untuk tanah garapan yaitu 10 sampai 200 ohm-meter. Jadi hasil pengukuran tahanan jenis tanah diatas, sudah memenuhi persyaratan sesuai dengan jenis tanah pada lokasi Gardu Induk Pare pare.

C. Besar arus hubung singkat maksimum

Untuk memperoleh arus hubung singkat maximum, digunakan persamaan sebagai berikut;

Ikorslet maks =Ikef .√2 Dimana diketahui:

Ikorslet maks = arus hubung singkat maksimum

= 9,9 ampere

Sehingga besar arus hubung singkatnya adalah : Ikorslet maks = Ikef .√2

Ikorslet maks = 9,9 .√2 Ikorslet maks = 19,8 Ampere

= 19,8 KA dibulatkan menjadi 19 KA

Karena nilai 19,8 KA maka dibulatkan menjadi 19 KA. Untuk perhitungan selanjutnya digunakan 19 KA dengan waktu pemutusan arus gangguan 0,75 detik.

Pengambilan waktu 0,75 detik diatas dianggap sudah memenuhi persyaratan dan cukup realistis.

D. Penentuan Luas Penampang Elektroda Pentanahan yang digunakan I.M. Onderdonk menurunkan rumus yang dapat dipergunakan untuk menghitung luas penampang elektroda pentanahan sebagai berikut:

A = Ikmaks

2

₃₄₅ ⁶⁷⁸⁶⁹

:;<69,

Diketahui:

t = 0,75 Detik

Tm = 450°C (Untuk Pengelasan)

Ta = 30°C (Suhu Rata-rata tanah) I =19 KA

maka;

A = Ikmaks

2

₃₄₅ ⁶⁷⁸⁶⁹

:;<69,

A = Ikmaks

2

₃₄₅ ^{. ,$#;>?8:?}

:;<:?,

A = Ikmaks

2

₃₄₅ ^{!,$#; ?}

@;,

A = Ikmaks

2

345 ( ,#& +^!,$#

A = 35854,7 Circular Mil

Karena 1 Circular mil=0,0005065 mm² Maka:

A = 35854,7x0,0005065 = 18,1 mm²

E. Bentuk sistem pentanahan yang digunakan pada Gardu Induk Pare Pare.

Bentuk sistem pentanahan yang digunakan oleh Gardu Induk Pare Pare juga menggunakan sistem grid. Dalam perhitungan luas daerah Gardu Induk, diasumsikan persegiempat untuk mempermudah perhitungan panjang konduktor.

- Untuk luas daerah pentanahan sistem grid, lalah:

L = 70 meter P = 90,4 meter Jadi;

A = P x L = 90,4x70 = 6328m² Dimana : L = lebar P : Panjang

A : Luas Daerah pentanahan

Gambar 3.2 sistem pentanahan Gardu Induk Pare Pare Untuk mencari jari-jari grid digunakan persamaan :

A = P x L

F. Analisa Dan Perhitungan 1. Tahanan pentanahan

Sehubungan dengan besarnya kapasitas yang terpasang pada Gardu Induk, maka kemungkinan arus gangguan yang akan mengalir ke tanah melalui elektroda pentanahan cukup besar. Untuk mempercepat arus gangguan tersebut, maka tahanan pentanahan yang digunakan diusahakan sekecil mungkin agar tidak terlalu membahayakan pada manusia serta peralatan Gardu Induk.

Untuk mengetahui besar tahanan pentanahan secara pengukuran maka panjang konduktor yang digunakan hams dihitung secara rinci dengan menganggap daerah pentanahan Gardu Induk empat persegi. Jadi panjang konduktor yang digunakan untuk kombinasi grid dengan rod ialah sebagai berikut:

a. Panjang konduktor kisi-kisi utama = 15x90,4

= 1356 meter b. Panjang kondukotr kisi kisi melintang = 21 x 70

= 1470 meter c. Panjang konduktor penghubung = 320 meter d. Untuk batang pentanahan = 136x l,5

= 204 meter Panjang total = 3350 m Dimana:

ρ = 39 ohm-meter

L =3350 meter

R = 6328 meter (jari-jari luas daerah pentanahan grid)

Dengan demikian besar tahanan kombinasi grid dan rod secara pengukuran dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

R =

!0 +

= ^&

!( %+ + ^&

#

= 0,001 + 0,011 R = 0,012 ohm

Dari hasil perhitungan terlihat bahwa nilai tahanan pentanahan kombinasi yang diperoleh lebih kecil dari hasil pengukuran.

Jadi besarnya tahanan pentanahan kombinasi baik secara perhitungan maupun secara pengukuran sudah memenuhi syarat untuk pentanahan Gardu Induk Fare-pare.

2. Perhitungan Tegangan

a. Tegangan Sentuh (Etouch) yang diizinkan

Dengan melihat rumus, maka besar tegangan sentuh yang diizinkan adalah:

Etouch = (Rk+Rf/2). Ik

= (1000+3.ρs/2) x ^{( , +}

√

Diketahui :

ρs = 38,622 ohm-meter

maka :

Etouch = (Rk+Rf/2).Ik

= (1000+3.ρs/2)x ^{( , +}

√

= (1000+3. ^%, )x ^{( , +}

√ ,$#

= (1000+115,866)x ^,

,%

= 1115,866 x 0,13

= 145,062

Tegangan sentuh yang diizinkan = 145,062 Volt b. Tegangan sentuh sebenarnya

Tegangan sentuh yang mungkin terjadi akibat adanya arus gangguan, dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Em = ^{. . .} Dimana:

Kl = Faktor koreksi ketidak-rataan kerapatan arus yang dihitung dengan menggunakan rumus empiris = 0,65 + 0,172 .n D = Jarak antara konduktor parallel (4,7m)

h = Kedalamam penanaman konduktor kisis-kisi (0,5 m).

n = Jumlah konduktor parallel pada kisi-kisi utama tidak termasuk konduktor melintang (8)

d = Diameter konduktor kisi-kisi (0,0 12m) ρ = Tahanan jenis tanah (39 Ohm-meter) I = Besar arus gangguan tanah (12000 A)

L = Pajang keseluruhan konduktor pentanahan termasuk electrode batang (3350m)

Jadi : Km =

π In + _π In _!" ^#"^$_%" ^& " … … … … " ^{()* +,}_{()* +,}

= . , ! In _{. ,#. ,}^!,$ + _{, !} In (0,75"0,83"0"87"0"9 … … . "0,94+

= , % In _{, &}^{, &}+ 0,3181 In (0,39)

= 0,159 In 230+ 0,318 In 0,39

= 0,159 x5,4 + 0,318(-0,9)

= 1,14

Sehingga tegangan sentuh sebenamya Em = ^{. . .}

Em = , !H , H &H #

Em = ^#$##,

#

Em = 514,408 Volt

c. Tegangan langkah (Estep) yang diizinkan

Dengan menggunakan rumus maka tegangan langkah yang diisrinkan adalah:

Elangkah = (Rk + Rf).Ik

= (1000 + 6.ρs)x ^,

√

Diketahui :

ρs = 38,622 Ohm-meter

t = 0,75 Detik Jadi:

Estep = (Rk + 2Rf)Ik

= (1000 + 6.38,622) ^,

√ ,$#

= (1000+231,732) 0,13

= 1231.732 x 0,13

= 160,125 Volt

d. Tegangan langkah sebenarnya

Untuk mendapatkan nilai tegangan langkah sebenarnya, maka digunakan rumus sebagai berikut :

Diketahui :

Ks = Koefisien yang dimasukkan dalam perhitungan karena efek jumlah (n), jarak (D) dari konduktor grid.

Ki = Faktor koreksi ketidakrataan, dengan memperhatikan ketidakseragaman arus tanah yang mengalir pada bagian-bagian grid yang berbeda = 0,65 + 0,172 n = 2,26

n = Banyaknya penghantar grid parcel pada suatujurusan (8) ρ = Tahanan jenis tanah rata-rata (39 Ω-m)

Ik maks = Besar arus maksimum total rms dalam A yang mengalir diantara pentanahan grid dan tanah, dengan memperhatikan decrement factor dan perkembangan sistem yang akan datang (12000 A) L = Panjang keseluruhan konduktor gid tertanam (3350m)

D = Jarak konduktor grid yang sejajar (4,7m)

h = Kedalaman penanaman konduktor grid (0,5m) Dimana :

Ks =

π + _, + + + ⋯ … … … . +_{()* +}

Ks =

, ! H ,#+_{!,$, ,#}+ _H!,$+ _H!,$+ ⋯ … … … . +_{(%* +!,$}

Ks = 0,32 (1 + 02 + 0,01 + 0,07 + 0,05 + 0,04 + 0,035 + 0,03) Ks = 0,32(1,435)

Ks = 0,46

Jadi Tegangan Langkah sebenarnya:

Estep = ^{. .}

= ,! H , H &H #

= ^{!% # ,%}

#

= 1452,3 Volt

Dengan basil perhitungan yang telah dilakukan maka didapat : Tegangan sentuh yang diizinkan = 145,06Volt

Tegangan mesh (Etouch Sebenarnya) = 514,4 Volt Tegangan langkah yang diizinkan = 30125,16 Volt Tegangan Langkah sebenarnya = 1452,3 Volt 3. Arus Fibrilasi

Untuk mengetahui besar arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia, dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

Ik² . t = K atau Ik = ^√

√ ...(2.8)

K = 0,0 1 35 untuk manusia dengan berat 50 kg = 0,0246 untuk manusia dengan berat 70 kg Rumus besar arus lewat tubuh manusia dengan berat 50 kg

Ik = ^,

√ ……….(2.9) Dimana :

Ik = Besarnya arus lewat tubuh manusia (A)

t = Waktu arus lewat tubuh manusia atau lama gangguan tanah.

Dik : K = 0,0246 t =0,75 Dit :....?

Penyelesaian : Ik = ^√

√

= ^{√ , !}

√ ,$#

= ^,

,&

Sedangkan untuk berat 50 kg arus yang masih dapat ditahan oleh tubuh manusia adalah :

Dik : K = 0,0135 t = 0,75 detik Dit : Ik=...?

Penyelesaian:

Ik = ^√

√

= ^{√ , #}

√ ,$#

= ^, _,&

= 0,13 A

Tabel 3.2 Hasil pengukuran pada Gardu Induk Pare-pare R

(ΩΩΩΩ) P

(ΩΩΩΩm) Ihs (kA)

A (mm²)

Etouch (volt)

Emesh (volt)

Estep (volt)

Elm (volt)

Ik (Ampere) 50kg 70kg

0,41 39 12000 18,1 145 514,4 30125 130,1 0,13 0,17

BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan

Dari uraian teori sampai dengan pembahasan masalahnya, maka ada beberapa hal yang oleh penulis menarik untuk dijadikan sebagai bahan kesimpulan, hal itu antara lain :

1. Pentanahan yang terpasang untuk daerah Gardu Induk Pare Pare adalah pentanahan dengan kombinasi grid dan rod.

2. Tahanan pentanahan tidak berpengaruh terhadap tegangan langkah dan tegangan sentuh pada Gardu Induk Pare-Pare.

Dimana jumlah Tegangan sentuh yang diizinkan = 145,06Volt Tegangan mesh (Etouch Sebenarnya) = 514,4 Volt

Tegangan langkah yang diizinkan = 30125,16 Volt Tegangan Langkah sebenarnya = 1452,3 Volt

3. Usia suatu Gardu Induk berpengaruh terhadap komponen-komponen dan struktur tanah pada Gardu Induk. Pengaruhnya terhadap elektroda pentanahan adalah terjadinya korosi yang dapat menyebabkan berkurangnya sensitifitas hantaran ke tanah.

B. Saran-Saran

Dalam evaluasi sistem pentanahan Gardu Induk Pare-Pare merujuk pada kesimpulan diatas, maka penulis menyarankan sebagai berikut:

1. Karena pengaruh keadaan musim, tahanan pentanahan melonjak cukup besar, meskipun demikian masih memenuhi syarat yang ditetapkan pihak PT. PLN, untuk menjaga kondisi tetap stabil disarankan dilakukan penggaraman pada daerah Gardu Induk yang bertujuan untuk mempertahankan kelembaban tanah, sehingga pengaruh keadaan musim tidak lagi menjadi masalah jika terjadi kemarau panjang.

2. Selain faktor kelembaban tanah yang perlu dipertahankan, juga dipandang perlu untuk melakukan perbaikan atau penggantian jenis sambungan yang dulunya menggunakan baut diganti dengan menggunakan sistem las (Cadwell).

DAFTAR PUSTAKA

Hutauruk, T.S., Ir., M.E.E., Pengtanahan Netral tenaga dan Pengtanahan Peralatan, Erlangga, Jakarta, 2013.

LIFT, Peraturan Umum Instalasi Listrik Indonesia, Jakarta, 2012.

Harten, van, P., dan Setiawan, E., Ir., Instalasi Listrik Ants Kuat III, Bina Cipta, Bandung, 2012.

Pabla, A.S., Abdul Hadi, Ir., Sistim Distribusi Daya Listrik, Eriangga, Jakarta, 2011.

Arismunadar, A. DR, dan DR. S. Kuwahara. 2013 Teknik Tenaga Listrik II dan III Jakarta: Pradya Paramita.

Arthur H. Seidmen, Haruon Mahruos. Handbook of Electric Power Calculations . Editor in Chief, Tyler G, Hicks.

Bhatia, S. L. Handbook of Electrical Engineering. New Delhi : Khanna Publishers.

Harten, V Pan, Ir. E. Setiawan. 2011, Instalasi Listrik Arus Kuat I dan III. Jakarta:

Bina Baru.

Heri Budi Utomo, Ir. 2012. Standarisasi Peraturan Instalasi Listrik. Bandung : PEDC Bandung.

Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia, 2011. Peraturan Umum Instalasi Listrik Indonesia 2013. Jakarta:

Seip, G. Gunter, Siemens. Electrical Installation Handbook. Vol 1 dan II.